JP2008168051A - 心拍計 - Google Patents

Abstract

【課題】耳装着型の心拍計において、万人の耳に合わせて装着できること。また、心拍を正確に測定できること。
【解決手段】心拍計は、ユーザが首からぶら下げる本体部１と、耳装着部３からなる。耳装着部３は、耳たぶ１０２を挟む留め部１４および脈波を検出する検出部１５を有する第１アーム１１と、音声を出力するイヤホン部１３を有する第２アーム１２と、それらを連結する支軸部５５からなる。第１アーム１１は、支軸部５５を中心にして第２アーム１２に対して時計回りおよび反時計回りの両方向に回転可能に取り付けられている。イヤホン部１３は、検出部１５により検出された脈波信号に基づいて、心拍数に対応する音声を出力する。
【選択図】図５

Description

この発明は、心拍計に関し、特に、耳たぶで脈波を検出することにより心拍数を求める心拍計に関する。

従来、耳たぶで脈波を検出する装置として、次のような脈拍計が公知である。この脈拍計は、耳たぶを挟んでその両側に相対向するように配置される光源および光電素子とイヤホーンとを１つの耳掛輪に取付けると共に上記光源から耳たぶを透過して上記光電素子に入射する光により該光電素子から送出される出力の脈動周期に対応した音程の可聴周波数信号を送出する信号処理回路を設けて、前記イヤホーンに上記信号処理回路の出力を加えたことを特徴とする（例えば、特許文献１参照。）。

また、被検者の耳たぶに照射した光の透過率又は反射率に基づいて脈拍検出信号を得る脈拍検出部を有し、被検者の脈拍を測定する脈拍イヤーセンサーにおいて、前記脈拍検出部は、前記耳たぶを挟む挟持部と、該挟持部に連設された突起部とを備えたことを特徴とする脈拍イヤーセンサーが公知である。この脈拍イヤーセンサーにおいては、前記突起部は、前記挟持部の端部であって、挟持部により耳たぶを挟持したときに、耳たぶ直上の、耳甲介腔入口下部に対向する部位、耳甲介腔入口に対向する部位、または耳甲介腔入口上部に対向する部位に設けられている（例えば、特許文献２参照。）。

特公昭６１−４３０５７号公報（特許請求の範囲） 特開２００２−３６０５２９号公報（請求項１〜４）

しかしながら、前記特許文献１に開示された脈拍計では、人体の、耳掛輪を掛ける部位（耳輪）の大きさや彎曲の仕方が人によって異なるため、耳掛輪の大きさや形状が万人の耳輪に合うわけではない。従って、脈拍計を装着した際の装着感に違和感を感じることがあるという問題点がある。また、すべての人がこの脈拍計を快適に使用できるようにするには、耳輪の大きさに応じて大小様々な大きさの耳掛輪を用意する必要があるという問題点がある。

また、前記特許文献２には、突起部から挟持部までの距離として、上述したように、耳甲介腔入口に対する突起部の位置によって３種類の長さが開示されているが、いずれの長さにおいても、その距離は固定されている。そのため、この距離に丁度合う耳を有する人しか、この脈拍イヤーセンサーを快適に使用することができないという問題点がある。また、突起部から挟持部までの距離が耳に合っていないと、耳たぶの揺れを効果的に抑えることができないため、脈拍波形が歪んでしまい、脈拍測定を正確に行うことができないという問題点がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、万人の耳に合わせて装着することができる耳装着型の心拍計を提供することを目的とする。また、この発明は、心拍を正確に測定することができる心拍計を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる心拍計は、挟持部と当該挟持部に設けられた脈波を検出する検出部を有する第１アームと、イヤホン部を有する第２アームとを有する心拍計において、前記第１アームを前記第２アームに対して回転可能に軸支したことを特徴とする。

また、請求項２の発明にかかる心拍計は、請求項１に記載の発明において、前記検出部により検出された脈波に基づいて心拍数を算出する心拍数計数部、をさらに備え、前記イヤホン部は、前記心拍数計数部により算出された心拍数に応じたガイダンスを報知することを特徴とする。

また、請求項３の発明にかかる心拍計は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１アームは、前記第２アームに連結される固定片と、該固定片との間に耳たぶを弾性復帰力により挟み込む可動片からなり、前記検出部は、発光素子部と、該発光素子部から発せられた光を受光する受光素子部からなり、前記固定片および前記可動片の一方に発光素子部が設けられ、かつ他方に前記発光素子部から発せられた光を受光する受光素子部が設けられており、前記発光素子部および前記受光素子部がそれぞれ配置された窓部を被う光透過性の保護シートは、外側に出っ張るように彎曲していることを特徴とする。

また、請求項４の発明にかかる心拍計は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１アームの伸びる方向と、前記第２アームの伸びる方向とのなす角度は、１５０度以上１８０度以下であることを特徴とする。

また、請求項５の発明にかかる心拍計は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１アームは、前記第２アームに連結される固定片と、該固定片との間に耳たぶを弾性復帰力により挟み込む可動片からなり、前記支軸部は、前記固定片の、耳たぶに接触する面に対して傾いていることを特徴とする。

また、請求項６の発明にかかる心拍計は、請求項５に記載の発明において、前記支軸部の伸びる方向と、前記固定片の、耳たぶに接触する面の法線方向とのなす角度は、０度以上３０度以下であることを特徴とする。

この発明によれば、イヤホン部を耳穴に装着し、その状態で、第１アームを第２アームに対して回転させて、留め部で耳たぶを挟むことにより、イヤホン部から検出部までの距離を、ユーザの耳穴から耳たぶまでの距離に丁度合わせることができる。従って、ユーザの耳に合わせて心拍計を装着することができる。それによって、心拍計が安定して耳に装着されるので、脈波を検出する際のノイズが少なくなる。

また、この発明によれば、発光素子部と受光素子部を保護する保護シートが外側に出っ張ることにより、それらの素子部を、保護シートに干渉することなく、より外側の位置に取り付けることができる。従って、発光素子部と受光素子部が耳たぶに密着することになり、脈波検出の感度がよくなるとともに、外光の影響などを受けにくくなるので、より正確に脈波を検出することができる。

さらに、この発明によれば、イヤホン部が心拍数に対応する音声を出力することにより、ユーザは、心拍数の表示を目で確認することなく、心拍数が適当な範囲にあるか否かを知ることができる。また、第１アームが第２アームに対して傾いていることにより、人間工学的に好ましい形状となるので、心拍計の装着感がよくなる。

本発明にかかる心拍計によれば、万人の耳に合わせて装着することができるという効果を奏する。また、心拍を正確に測定することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる心拍計の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、この発明の実施の形態にかかる心拍計の全体構成を説明する外観図である。図１に示すように、心拍計は、本体部１、該本体部１をユーザの首からぶら下げるためのストラップ２、および耳装着部３を備えている。耳装着部３の詳細な構成については後述するが、耳装着部３には、耳たぶを挟む留め部、脈波を検出する検出部、および音声を出力するイヤホン部が設けられている。

耳装着部３は、本体部１に信号線４により電気的に接続されている。信号線４の、本体部１側の部分は、ストラップ２の内部に通されており、ストラップ２の中程に固定された引き出し部材５で折り返されてストラップ２の外に引き出されている。そして、信号線４の、ストラップ２の外に伸びる部分は、ストラップ２に対してスライドし得るように被せられた長さ調整用のリング部材６を通されて耳装着部３に接続されている。

本体部１は、電源のオンまたはオフや動作モードの選択時にユーザにより操作される、例えばダイアル式の操作部７を備えている。また、本体部１は、耳装着部３から信号線４を介して送られてくる脈波の検出信号に基づいて心拍数を求める処理回路（図には現われていない）を内蔵している。

また、本体部１は、その処理回路により得られた心拍数を表示する表示部８を備えている。この表示部８は、特に限定しないが、例えば、電源がオン状態であるときにのみ、心拍数等を表す数字や文字や記号（絵文字を含む）などが現われるような構成となっている。

図２および図３は、耳装着部を耳に装着した状態を説明する正面図である。これらの図において、符号１１および符号１２は、それぞれ、耳装着部３を構成する第１アームおよび第２アームである。これらの図に示すように、耳装着部３は、第２アーム１２のイヤホン部１３が耳１００の耳甲介１０１に挿入されるとともに、第１アーム１１の留め部１４が耳たぶ１０２を挟むことにより、耳１００に装着される。

留め部１４の、耳たぶ１０２を挟む部位には、脈波を検出する検出部１５が設けられている。第１アーム１１と第２アーム１２は、図には現われていない支軸部を介して連結されている。第１アーム１１は、その支軸部を中心にして第２アーム１２に対して時計回りおよび反時計回りの両方向に回転可能に取り付けられている。

耳穴（イヤホン部１３に隠れて見えない）から耳たぶ１０２までの距離が短い場合には、図２に示すように、第１アーム１１と第２アーム１２のなす角度を９０度に近づけることによって、イヤホン部１３から検出部１５までの距離が短くなる。その反対に、耳穴から耳たぶ１０２までの距離が長い場合には、図３に示すように、第１アーム１１と第２アーム１２のなす角度を１８０度に近づけることによって、イヤホン部１３から検出部１５までの距離が長くなる。

次に、耳装着部３の詳細な構成について説明する。図４および図５は、それぞれ、耳装着部の構成を説明する分解斜視図および断面図であり、図６は、耳装着部の回転機構を説明する図である。なお、図４および図５では、耳装着部３の内外において、信号線４が省略されている。

これらの図に示すように、第１アーム１１は、固定片枠部２１、受光素子部２２、固定片蓋部２３、受光素子保護シート２４およびゴムパッド２５からなる固定片１６と、可動片枠部３１、発光素子部３２、可動片蓋部３３、発光素子保護シート３４およびゴムパッド３５からなる可動片１７と、固定片１６と可動片１７を鋏みの開閉のごとく開閉可能に連結するヒンジ部４１と、ばね片４２を備えている。

発光素子部３２および受光素子部２２は、前記検出部１５を構成する。固定片１６および可動片１７は、前記留め部１４を構成する。第２アーム１２は、アーム本体部５１、アーム蓋部５２、イヤホン部１３のスピーカ５３およびゴムパッド５４を備えている。また、アーム本体部５１には、第１アーム１１と第２アーム１２を連結する前記支軸部５５が設けられている。この支軸部５５には、Ｏリング６１と軸用止めリング６２が取り付けられる。

第２アーム１２は、次のように組み立てられている。アーム本体部５１は、彎曲した形状に成型されている。前記支軸部５５は、アーム本体部５１の一端に突出して設けられている。スピーカ５３は、アーム本体部５１の他端の開口部に取り付けられている。スピーカ５３から伸びる図示しない信号線は、アーム本体部５１内の空洞部を通され、支軸部５５側の端部から外へ引き出される。スピーカ５３の外周部は、耳甲介１０１（図２参照）に対する装着感を高めるために、前記ゴムパッド５４により覆われている。

アーム蓋部５２は、アーム本体部５１に取り付けられている。支軸部５５は、第１アーム１１の固定片１６を構成する固定片枠部２１を貫通する。そして、固定片枠部２１の裏側に突出する支軸部５５の先端部には、固定片枠部２１の裏側からＯリング６１が嵌められ、さらに軸用止めリング６２が嵌められる。支軸部５５の先端部において、その外周部の一部には、外向きのフランジ部５６が設けられている。フランジ部５６の下端部には、切り欠き部５７が部分的に形成されている。

この切り欠き部５７は、軸用止めリング６２の後述する舌片６３を入れるために形成されている。軸用止めリング６２の前記舌片６３は、内周部の一部から内向きに突出して設けられている。支軸部５５の、フランジ部５６のない部分は、組み立て時に軸用止めリング６２の舌片６３を逃げるための逃げ部５８となっている。従って、この逃げ部５８は、舌片６３よりも広くなっている。

組み立ての際には、固定片枠部２１の貫通孔に支軸部５５を固定片枠部２１の表側（図４〜図６において、図の下側）から差し込み、固定片枠部２１の裏側（図４〜図６において、図の上側）から支軸部５５の先端部にＯリング６１を嵌める。さらに、軸用止めリング６２の舌片６３を支軸部５５のフランジ部５６の逃げ部５８に合わせて、支軸部５５に軸用止めリング６２を嵌める。

そして、舌片６３がフランジ部５６の下を通るようにして、軸用止めリング６２を約９０度回転させ、舌片６３をフランジ部５６の切り欠き部５７に嵌め入れる。このようにして、第２アーム１２に対して第１アーム１１を回転させることができる状態で、かつ第２アーム１２のアーム本体部５１が第１アーム１１の固定片枠部２１から抜けないように、第１アーム１１と第２アーム１２が連結される。

Ｏリング６１は、固定片枠部２１と軸用止めリング６２の両方に接触している。Ｏリング６１は、固定片枠部２１および軸用止めリング６２のいずれに対しても大きな摩擦係数を有する材質、例えばポリウレタンでできている。Ｏリング６１と固定片枠部２１の間の摩擦抵抗、およびＯリング６１と軸用止めリング６２の間の摩擦抵抗により、第２アーム１２に対して第１アーム１１を回転させる際に、第２アーム１２に対して第１アーム１１を任意の角度で回転させた状態で止めておくことができる。

第１アーム１１において、固定片１６は、次のように組み立てられている。固定片蓋部２３は、可動片１７の可動片蓋部３３に相対峙する。固定片蓋部２３には、可動片蓋部３３に臨んで開口する窓部２６が設けられている。受光素子部２２は、固定片枠部２１と固定片蓋部２３が合わされてできる空間内で、その窓部２６に臨んで配置されている。

窓部２６は、光透過性の受光素子保護シート２４により塞がれている。受光素子保護シート２４は、可動片蓋部３３側に出っ張るように彎曲している。受光素子部２２は、受光素子保護シート２４のその出っ張りの分だけ、固定片蓋部２３から可動片蓋部３３側に飛び出るように配置されている。受光素子保護シート２４の外周部は、耳たぶ１０２（図２参照）に対する装着感を高めるために、前記ゴムパッド２５により覆われている。

第１アーム１１において、可動片１７は、次のように組み立てられている。可動片蓋部３３には、固定片１６側の受光素子部２２に臨んで開口する窓部３６が設けられている。発光素子部３２は、可動片枠部３１と可動片蓋部３３が合わされてできる空間内で、その窓部３６に臨んで配置されている。

窓部３６は、光透過性の発光素子保護シート３４により塞がれている。発光素子保護シート３４は、固定片蓋部２３側に出っ張るように彎曲している。発光素子部３２は、発光素子保護シート３４のその出っ張りの分だけ、可動片蓋部３３から固定片蓋部２３側に飛び出るように配置されている。発光素子保護シート３４の外周部は、耳たぶ１０２（図２参照）に対する装着感を高めるために、前記ゴムパッド３５により覆われている。

ヒンジ部４１には、支軸４３と取付溝部４４が設けられている。支軸４３は、固定片１６の固定片枠部２１と固定片蓋部２３が合わされてできる軸受け部２７により支持される。この軸受け部２７において、支軸４３は、固定片枠部２１と固定片蓋部２３により挟み込まれているので、軸受け部２７から抜けることはない。

一方、可動片１７は、その一端をヒンジ部４１の取付溝部４４に差し込むことによって、ヒンジ部４１に固定される。支軸４３には、ばね片４２が被せられている。可動片１７は、このばね片４２による弾性復帰力によって、固定片１６側に付勢されている。つまり、固定片１６と可動片１７により構成される留め部１４が耳たぶ１０２を適度な力で挟むようになっている。

受光素子部２２から伸びる図示しない信号線は、固定片枠部２１と固定片蓋部２３が合わされてできる固定片１６内の空洞部を通され、第２アーム１２の支軸部５５内の空洞部およびアーム本体部５１内の空洞部を経て、支軸部５５側の端部から外へ引き出される。また、発光素子部３２から伸びる図示しない信号線は、可動片枠部３１と可動片蓋部３３が合わされてできる可動片１７内の空洞部を通され、ヒンジ部４１内の空洞部を経て、固定片１６内の空洞部に導かれ、さらに支軸部５５内の空洞部およびアーム本体部５１内の空洞部を経て、支軸部５５側の端部から外へ引き出される。

ここで、より一層、耳１００（図２参照）に対する装着感を高めるため、耳装着部３の形状は、人間工学に基づいて、実際の耳１００の耳甲介１０１と耳たぶ１０２の位置関係に合うように設計されている。具体的には、図５に示すように、第１アーム１１の伸びる方向Ａ−Ａと第２アーム１２の伸びる方向Ｂ−Ｂが所定の角度をなすように、設計されている。所定の角度とは、１５０度以上１８０度以下の角度である。

これを実現するため、この実施の形態では、支軸部５５が、固定片１６の、耳たぶ１０２に接触する面、すなわちゴムパッド２５の表面に対して傾くように設計されている。図５に示すように、支軸部５５の伸びる方向Ｃ−Ｃと、ゴムパッド２５の表面の法線方向Ｄ−Ｄとは、０度以上３０度以下の角度をなしている。

図７は、心拍計の信号処理系統の構成を説明するブロック図である。図７に示すように、実施の形態の心拍計は、耳たぶ１０２から心拍情報を取得する検出部１５と、検出部１５の出力から検出信号を形成する検出回路７１と、検出回路７１からの検出信号を信号処理して心拍を検出する信号処理部７２と、心拍を計数する心拍数計数部７３と、計数した心拍数を報知する表示部８およびイヤホン部１３を備える。

検出部１５は、耳たぶ１０２に光を照射する発光素子部３２と、耳たぶ１０２を透過した光を受光する受光素子部２２を備える。発光素子部３２は、発光回路部７４によって駆動される。発光素子部３２から耳たぶ１０２に照射された光は、耳たぶ１０２内の組織や血管内の血液によって散乱され、再び耳たぶ１０２の外に出射する。耳たぶ１０２から出射する光の強度は、血流に応じて変動する。実施の形態の心拍計は、この血流に応じて変動する光強度の変化に基づいて心拍を検出するものである。

検出回路７１は、受光素子部２２により光電変換された電気信号を検出信号に変換する受光回路部７５と、その検出信号を増幅する増幅回路部７６と、その増幅された信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部７７を備える。信号処理部７２は、検出回路７１からの検出信号を、バンドパスフィルタや２階微分特性等によってノイズ除去や２倍高調波の信号増幅を行う狭帯域信号処理部７８、狭帯域信号処理部７８で生成された心拍信号の波形歪みを形成して心拍を検出する波形歪検出部（スロープ検出部）７９を備える。

心拍数計数部７３は、信号処理部７２により求められた心拍を計数する。表示部８は、心拍数計数部７３により計数された心拍数を表示する。イヤホン部１３は、心拍数計数部７３により計数された心拍数に対応する音声を出力する。例えば、ユーザが実施の形態の心拍計を装着して運動する場合、イヤホン部１３は、ユーザが設定した運動強度に対して、心拍数が適切な範囲に入っているか否かを、音によりユーザに報知する。

以上説明したように、実施の形態によれば、イヤホン部１３を耳穴に装着し、その状態で、第１アーム１１を第２アーム１２に対して回転させて、留め部１４で耳たぶ１０２を挟むことにより、イヤホン部１３から検出部１５までの距離を、ユーザの耳穴から耳たぶ１０２までの距離に丁度合わせることができる。従って、ユーザの耳に合わせて耳装着部３を装着することができる。それによって、耳装着部３が安定して耳に装着されるので、脈波を検出する際のノイズが少なくなる。

また、受光素子保護シート２４および発光素子保護シート３４が外側に出っ張ることにより、受光素子部２２および発光素子部３２を、それらの保護シート２４，３４に干渉することなく、より外側の位置に取り付けることができる。従って、発光素子部３２と受光素子部２２が耳たぶ１０２に密着することになり、脈波検出の感度がよくなるとともに、外光の影響などを受けにくくなるので、より正確に脈波を検出することができる。

さらに、イヤホン部１３が心拍数に対応する音声を出力することにより、ユーザは、心拍数の表示を目で確認することなく、心拍数が適当な範囲にあるか否かを知ることができる。また、第１アーム１１が第２アーム１２に対して傾いていることにより、耳装着部３の装着感がよくなる。このように、実施の形態によれば、万人の耳に合わせて耳装着部３を装着することができるという効果と、心拍を正確に測定することができるという効果が得られる。

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、固定片１６側に発光素子部３２が取り付けられており、可動片１７側に受光素子部２２が取り付けられていてもよい。また、発光素子部３２と受光素子部２２がともに、固定片１６または可動片１７のいずれか一方にのみ設けられており、発光素子部３２から発せられた光が耳たぶ１０２で反射して戻ってくるのを受光素子部２２で受光するようにしてもよい。あるいは、受光素子部２２が、耳たぶ１０２で散乱された光を受光するようにしてもよい。

また、心拍計として使用しない場合を想定し、本体部１にイヤホンジャックを設けておき、このイヤホンジャックに携帯音楽再生装置を接続し、携帯音楽再生装置から出力される音楽信号をイヤホン部１３のスピーカ５３から出力する構成としても良い。

また、図１において、耳装着部３は、本体部１の左側から引き出されているストラップ２にのみ信号線４を介して接続されているが、本体部１の右側から同様に信号線を引き出して反対側の耳用として第２の耳装着部を用意し、左右両耳に耳装着部を装着することで、携帯音楽再生装置からの音楽信号をステレオで楽しむようにしてもよい。この場合、心拍を検出する構成は片方の耳装着部にのみ設ければよい。

以上のように、本発明にかかる心拍計は、耳装着型の心拍計に有用であり、特に、運動の負荷を調節するために運動中の心拍数を計測する心拍計に適している。

この発明の実施の形態にかかる心拍計の全体構成を説明する外観図である。 この発明の実施の形態にかかる心拍計の耳装着部の装着状態を説明する正面図である。 この発明の実施の形態にかかる心拍計の耳装着部の装着状態を説明する正面図である。 この発明の実施の形態にかかる心拍計の耳装着部の構成を説明する分解斜視図である。 この発明の実施の形態にかかる心拍計の耳装着部の構成を説明する断面図である。 この発明の実施の形態にかかる心拍計の耳装着部の回転機構を説明する図である。 この発明の実施の形態にかかる心拍計の信号処理系統の構成を説明するブロック図である。

符号の説明

１１ 第１アーム
１２ 第２アーム
１３ イヤホン部
１４ 留め部
１５ 検出部
１６ 固定片
１７ 可動片
２２ 受光素子部
２４ 受光素子保護シート
２６，３６ 窓部
３２ 発光素子部
３４ 発光素子保護シート
５５ 支軸部
７３ 心拍数計数部

Claims (6)

1. 挟持部と当該挟持部に設けられた脈波を検出する検出部を有する第１アームと、
   イヤホン部を有する第２アームとを有する心拍計において、
   前記第１アームを前記第２アームに対して回転可能に軸支したことを特徴とする心拍計。
2. 前記検出部により検出された脈波に基づいて心拍数を算出する心拍数計数部、をさらに備え、
   前記イヤホン部は、前記心拍数計数部により算出された心拍数に応じたガイダンスを報知することを特徴とする請求項１に記載の心拍計。
3. 前記第１アームは、前記第２アームに連結される固定片と、該固定片との間に耳たぶを弾性復帰力により挟み込む可動片からなり、
   前記検出部は、発光素子部と、該発光素子部から発せられた光を受光する受光素子部からなり、
   前記固定片および前記可動片の一方に発光素子部が設けられ、かつ他方に前記受光素子部が設けられており、
   前記発光素子部および前記受光素子部がそれぞれ配置された窓部を被う光透過性の保護シートは、外側に出っ張るように彎曲していることを特徴とする請求項１または２に記載の心拍計。
4. 前記第１アームの伸びる方向と、前記第２アームの伸びる方向とのなす角度は、１５０度以上１８０度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の心拍計。
5. 前記第１アームは、前記第２アームに連結される固定片と、該固定片との間に耳たぶを弾性復帰力により挟み込む可動片からなり、前記支軸部は、前記固定片の、耳たぶに接触する面に対して傾いていることを特徴とする請求項１または２に記載の心拍計。
6. 前記支軸部の伸びる方向と、前記固定片の、耳たぶに接触する面の法線方向とのなす角度は、０度以上３０度以下であることを特徴とする請求項５に記載の心拍計。

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