醫療設備的電磁兼容性分析
發布時間:2012-03-14
中心議題:
- 電磁幹擾的傳播途徑
- 醫療設備的抗擾度
- 醫療設備的電磁兼容性分析
解決方案
- 提高敏感設備的抗擾度是實現電磁兼容的有效手段
電磁幹擾傳播途徑一般也分為兩種:即傳導耦合方式和輻射耦合方式。任何電磁幹擾的發生都必然存在幹擾能量的傳輸和傳輸途徑(或傳輸通道)。通常認為電磁幹擾傳輸有兩種方式:一種是傳導傳輸方式;lingyizhongshifushechuanshufangshi。yincicongbeiganraodeminganqilaikan,ganraoouhekefenweichuandaoouhehefusheouheliangdalei。chuandaochuanshubixuzaiganraoyuanheminganqizhijianyouwanzhengdedianlulianjie,ganraoxinhaoyanzhezhegelianjiedianluchuandidaominganqi,fashengganraoxianxiang。zhegechuanshudianlukebaokuodaoxian,shebeidedaodiangoujian、供電電源、公共阻抗、接地平板、電阻、電感、電容和互感元件等。
輻射傳輸是通過介質以電磁波的形式傳播,幹擾能量按電磁場的規律向周圍空間發射。常見的輻射耦合由三種:
1. 甲天線發射的電磁波被乙天線意外接受,稱為天線對天線耦合;
2. 空間電磁場經導線感應而耦合,稱為場對線的耦合;
3.兩liang根gen平ping行xing導dao線xian之zhi間jian的de高gao頻pin信xin號hao感gan應ying,稱cheng為wei線xian對dui線xian的de感gan應ying耦ou合he。在zai實shi際ji工gong程cheng中zhong,兩liang個ge設she備bei之zhi間jian發fa生sheng幹gan擾rao通tong常chang包bao含han著zhe許xu多duo種zhong途tu徑jing的de耦ou合he。正zheng因yin為wei多duo種zhong途tu徑jing的de耦ou合he同tong時shi存cun在zai,反fan複fu交jiao叉cha耦ou合he,共gong同tong產chan生sheng幹gan擾rao,才cai使shi電dian磁ci幹gan擾rao變bian得de難nan以yi控kong製zhi。
醫療設備在診斷和治療方麵所起的重要作用,使得電磁幹擾對其的影響直接關係到患者的人身安全,目前醫療設備小型、高靈敏度和智能化的實現,使它們更易受電磁幹擾的影響,特別是那些抗幹攏能力差的(即電磁兼容性差的診斷儀器,為醫生提供了失真的數據、波形及圖像等信息,使得醫生不能做出正確診斷,當然會影響有效的治療,甚至危及人的生命,國際有許多這方麵的報道。
經美國FDA認定的疑為因醫療器械受電磁幹攏引發的事故;植(zhi)人(ren)心(xin)髒(zang)起(qi)搏(bo)器(qi)的(de)患(huan)者(zhe)在(zai)乘(cheng)坐(zuo)救(jiu)護(hu)車(che)急(ji)救(jiu)過(guo)程(cheng)中(zhong),因(yin)救(jiu)護(hu)人(ren)員(yuan)使(shi)用(yong)雙(shuang)向(xiang)無(wu)線(xian)通(tong)訊(xun)設(she)備(bei)而(er)導(dao)致(zhi)起(qi)博(bo)失(shi)效(xiao)。病(bing)人(ren)監(jian)護(hu)儀(yi)受(shou)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)影(ying)響(xiang),致(zhi)使(shi)病(bing)人(ren)因(yin)檢(jian)測(ce)不(bu)出(chu)心(xin)律(lv)不(bu)齊(qi)而(er)死(si)亡(wang)。設(she)備(bei)的(de)CAT顯示器上過度幹擾,醫務人員難以判斷心率,致使病人無法複蘇。
移動電話對嬰兒暖箱、輸液泵、人工透析器、心髒起博器、心髒除顫裝置產生的幹擾,因此美國的醫院明令禁止在有這類設備的病房使用手機新生兒呼吸監護儀(新生兒呼吸停止而專門設計的報警裝置)受調頻電台FM發射的幹擾調製波的影響,擾亂了呼吸節律導致報警失靈。
上麵的例子僅談了外界的電磁幹擾對醫用設備的影響,殊不知現代醫療中使用了各種高頻、射頻發射機高敏感性電氣,電子元件和部件以及使用射頻能量做為診斷或治療的設備或係統(MAI),其工作時可能作為一EMI幹(gan)擾(rao)源(yuan)通(tong)過(guo)不(bu)同(tong)的(de)藕(ou)合(he)途(tu)徑(jing)向(xiang)周(zhou)圍(wei)傳(chuan)播(bo)出(chu)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)和(he)電(dian)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)的(de)有(you)用(yong)或(huo)無(wu)用(yong)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo),無(wu)線(xian)電(dian)廣(guang)播(bo)通(tong)訊(xun)業(ye)務(wu)和(he)周(zhou)圍(wei)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)的(de)工(gong)作(zuo),且(qie)它(ta)們(men)在(zai)共(gong)同(tong)的(de)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)中(zhong),還(hai)可(ke)能(neng)受(shou)到(dao)周(zhou)圍(wei)電(dian)力(li)、電(dian)子(zi)設(she)備(bei),以(yi)及(ji)醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)幹(gan)擾(rao)。所(suo)以(yi)許(xu)多(duo)醫(yi)用(yong)設(she)備(bei)既(ji)是(shi)幹(gan)擾(rao)源(yuan)又(you)是(shi)敏(min)感(gan)設(she)備(bei)也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)它(ta)存(cun)在(zai)幹(gan)擾(rao)和(he)被(bei)幹(gan)擾(rao)兩(liang)重(zhong)性(xing),如(ru)此(ci)以(yi)來(lai)一(yi)個(ge)間(jian)題(ti)值(zhi)得(de)我(wo)們(men)思(si)考(kao),在(zai)此(ci)複(fu)雜(za)的(de)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)下(xia),醫(yi)療(liao)設(she)備(bei)如(ru)何(he)達(da)到(dao)一(yi)個(ge)既(ji)不(bu)受(shou)或(huo)盡(jin)量(liang)減(jian)少(shao)受(shou)到(dao)其(qi)它(ta)各(ge)種(zhong)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)影(ying)響(xiang),又(you)能(neng)盡(jin)量(liang)減(jian)少(shao)對(dui)其(qi)它(ta)設(she)備(bei)或(huo)人(ren)體(ti)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao),從(cong)而(er)達(da)到(dao)一(yi)種(zhong)平(ping)衡(heng),電(dian)磁(ci)兼(jian)性(xing)就(jiu)是(shi)這(zhe)樣(yang)的(de)一(yi)個(ge)概(gai)念(nian)。
電磁兼容性(EMC)是指設備或係統在其電磁環境中符合要求運行並不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁幹擾的能力。因此,EMC包括兩個方麵的要求:一方麵是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁幹擾不能超過一定的限值;另一方麵是指器具對所在環境中存在的電磁幹擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性。
weishixianzaitongyidiancihuanjingzhongdeyiliaoshebeihuoxitongzaizishengongzuozhengchangdeqingkuangxia,younengdadaobufangaizhengchangdewuxiandiantongxungongzuo,youbuganraozhouweishebeidezhengchanggongzuo,jiuxujianliyizhongguize,jiyaoduishebeihuoxitongdekangganraonenglizuochuguiding,jishebeidekangganraodushuipingbunengtaidi,jiangfashedianpinghekangganraodudianpingxianzhizaiguidingdefashexianzhiheguidingdekangraoduxianzhinei,shebeijiudadaolediancijianrongdemude。renheyouyuandeyiliaodianzishebeidouhuixiangwaifushediancichang,zhibuguofushecichangqiangdaxiao、頻率不同,場強愈強對外幹擾愈強。
發fa射she值zhi與yu抗kang擾rao度du限xian值zhi的de間jian隔ge愈yu大da,則ze電dian磁ci兼jian容rong度du就jiu愈yu大da,設she備bei的de電dian磁ci兼jian容rong性xing愈yu高gao。所suo以yi限xian製zhi醫yi療liao設she備bei的de對dui外wai發fa射she電dian平ping,提ti高gao其qi對dui電dian磁ci環huan境jing的de抗kang擾rao度du能neng力li,兩liang者zhe兼jian顧gu,才cai能neng達da到dao設she備bei與yu環huan境jing的de互hu相xiang協xie調tiao。
隨sui著zhe醫yi療liao設she備bei的de電dian磁ci兼jian容rong問wen題ti日ri益yi突tu顯xian,國guo際ji上shang許xu多duo國guo家jia從cong法fa規gui上shang采cai取qu了le措cuo施shi對dui醫yi療liao設she備bei產chan品pin的de電dian磁ci兼jian容rong性xing進jin行xing控kong製zhi,我wo國guo政zheng府fu也ye非fei常chang重zhong視shi這zhe個ge問wen題ti,已yi於yu2005年4月1日,由國家食品藥品監督管理局批準發了:"Y Y05 05-2005醫用電氣設備電磁兼容性要求和試驗"行業標準,經過兩年執行過渡期,已於2007年4月1riqizhengshizhixing,zhejiuxuyaowomenzaiyiliaoshijianzhongguanchezhegexingyebiaozhun,nulitigaoyiliaoshebeidediancijianrongxing,tishengshebeidekangganraonengli,jiangqianzaidedianciganraofengxianjiangdaozuidi。
理論和實踐的研究表明,不管複雜係統還是簡單裝置,任何一個電磁幹擾的發生必須具備三個基本條件:首先應該具有幹擾源;其次有傳播幹擾能量的途徑和通道;第三還必須有被幹擾對象的響應。在電磁兼容性理論中把被幹擾對象統稱為敏感設備(或敏感器)。因此幹擾源、幹擾傳播途徑(或傳輸通道)和敏感設備稱為電磁幹擾三要素。
對於醫用設備和係統而言,既要求它具有不影響無線電廣播、電視、wuxiandiantongxundengyewuhuobuyingxiangqitashebeihexitongdejibenxingneng,youyaoqiutaduidianciganraoyouyidingdekangraodu,tadejibenxingnengbushoudianciganraodeyingxiang,suoweikangraodushizhizhuangzhishebeihuoxitongmianlindiancisaoraobujiangdiyunxingxingnengdenengli,zheshibiaomingshebeihuoxitongmianduidianciganraobujiangdixingnengdeyizhongnengli,kangraoduyuegao,biaomingtayuenengchengshouwaijiededianciganrao。
電dian磁ci騷sao擾rao源yuan可ke分fen為wei自zi然ran騷sao擾rao源yuan和he人ren為wei騷sao擾rao源yuan,自zi然ran騷sao擾rao源yuan包bao括kuo地di球qiu上shang各ge處chu雷lei電dian產chan生sheng的de天tian電dian噪zao聲sheng,太tai陽yang黑hei子zi爆bao炸zha和he活huo動dong產chan生sheng的de噪zao聲sheng等deng,騷sao擾rao源yuan由you電dian器qi或huo其qi它ta用yong電dian裝zhuang置zhi產chan生sheng電dian磁ci騷sao擾rao,本ben篇pian所suo涉she及ji的de多duo為wei人ren為wei騷sao擾rao。
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提高敏感設備的抗擾度是實現電磁兼容的有效手段,醫療設備的抗擾度分為7類:
(1)靜電放電、(2)射頻輻射、(3)快速舜變脈衝群、(4)浪湧、(5)射頻場感應的傳導、(6)工頻磁場、(7)電壓暫降短時中斷和電壓變化抗擾度,提高這7個方麵的抗擾度是提高電磁兼容性的好辦法解決電磁兼容問題隻需從以上3個要求來著手,控製幹擾源的電磁輻射,抑製電磁幹擾的傳播途徑,增加敏感設備的抗幹擾能力,3個要素中隻要缺少一個要素,電磁幹擾就無法實現。
作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)醫(yi)用(yong)設(she)備(bei)的(de)用(yong)戶(hu),我(wo)們(men)更(geng)多(duo)的(de)是(shi)考(kao)慮(lv)係(xi)統(tong)間(jian)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)的(de)問(wen)題(ti),係(xi)統(tong)間(jian)的(de)兼(jian)容(rong)性(xing)技(ji)術(shu)也(ye)是(shi)通(tong)過(guo)屏(ping)蔽(bi),接(jie)地(di)和(he)濾(lv)波(bo)等(deng)技(ji)術(shu)實(shi)現(xian),隻(zhi)不(bu)過(guo)實(shi)施(shi)方(fang)法(fa)不(bu)同(tong)。
屏蔽的願意是指遮蔽、阻擋的意思。在不同的地方,有不同的意義。屏蔽還指隔離。如:屏蔽服,屏蔽保護膜等等。其作用是防止靜電和其他輻射。
係統間的屏蔽是對兩個空間區域進行金屬隔離,以控製電場、磁場和電磁波由一個區域對另一區域感應和輻射,其目的是隔斷電磁場的r合途徑。它有兩個方麵:一yi是shi將jiang敏min感gan設she備bei或huo係xi統tong用yong屏ping蔽bi體ti包bao圍wei起qi來lai,防fang止zhi受shou外wai界jie磁ci場chang的de幹gan擾rao。另ling一yi方fang麵mian是shi將jiang幹gan擾rao源yuan屏ping蔽bi起qi來lai,防fang止zhi幹gan擾rao磁ci場chang向xiang外wai擴kuo散san,影ying響xiang其qi它ta的de無wu線xian設she備bei或huo人ren體ti。對dui幹gan擾rao源yuan和he敏min感gan電dian器qi進jin行xing屏ping蔽bi,是shi利li用yong屏ping蔽bi體ti 阻止高頻電磁場在空間傳播的原理,減少係統間電磁 感應的影響,有效提高電磁兼容性能。
屏蔽體對來自外部或內部的電磁波場有著吸收能量(渦流損耗),反射能量(電磁波在屏蔽體上的反射)和抵消能量(電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場,抵消部分幹擾電磁波)dezuoyong,dadaojianruoganraodegongneng。dangdiancichangpinlvjiaodishi,xishousunhaojiaoxiao,pingbizuoyongyifanshesunhaoweizhu,caiyonggaodaocicailiaozuopingbiceng,shicilixianxianzhi zaipingbitinei,fangzhixiangwaikuosan。dangganraodiancichangpinlvjiaogaoshi,xishousunhaosuipinlvshangshengerzengjia,fanshesunhaosuipinlvshangshengerxiajiangyicaiyongdaodianlianghaodejinshucailiaozuopingbiceng,liyonggaopinganraodiancichang,zaipingbijinshuneichanshengdewoliu,xingchengduiwailaidiancibodedixiaozuoyong。
屏(ping)蔽(bi)體(ti)較(jiao)厚(hou)或(huo)相(xiang)對(dui)磁(ci)導(dao)率(lv)較(jiao)大(da),則(ze)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)能(neng)較(jiao)強(qiang),但(dan)屏(ping)蔽(bi)體(ti)也(ye)不(bu)可(ke)能(neng)無(wu)限(xian)加(jia)厚(hou),為(wei)了(le)增(zeng)強(qiang)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo),可(ke)采(cai)用(yong)雙(shuang)層(ceng)屏(ping)蔽(bi)法(fa)。影(ying)響(xiang)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)為(wei)縫(feng)隙(xi)通(tong)風(feng)空(kong)洞(dong)、電源線、xinhaoxiandeng,weidadaolianghaodepingbixiaoguo,yaoqiumeitiaofengxidouyinggaishidiancimifengde,shijianshangwomencaiyongzengjiafengxishendu,jianxiaofengxichangdu,zaifengxizhonggunrendaodianchendianhuotushangdaodiantuliaodengdoushishifenyouxiaodefangfa。tongfengdongkongyeshipingbixiaoguohaohuaideguanjiandian,weitigaotongfengkongdongdepingbixiaoneng,womenzaijixiejiegoushangcaiqucuoshi,birucaiyongyuanxingkongdong、jianxiaokongdongmianji,kongdongshangfugaijinshusiwang,caiyongpingbidianlanzuoxinhaoxianhedianyuanxian,huozaishurushuchuduankoushangzengjialvboqidengfangshi,dadaotigaopingbixiaoguomude。
接jie地di技ji術shu接jie地di技ji術shu的de引yin入ru最zui初chu是shi為wei了le防fang止zhi電dian力li或huo電dian子zi等deng設she備bei遭zao雷lei擊ji而er采cai取qu的de保bao護hu性xing措cuo施shi,目mu的de是shi把ba雷lei電dian產chan生sheng的de雷lei擊ji電dian流liu通tong過guo避bi雷lei針zhen引yin入ru到dao大da地di,從cong而er起qi到dao保bao護hu建jian築zhu物wu的de作zuo用yong。同tong時shi,接jie地di也ye是shi保bao護hu人ren身shen安an全quan的de一yi種zhong有you效xiao手shou段duan,當dang某mou種zhong原yuan因yin引yin起qi的de相xiang線xian(如電線絕緣不良,線路老化等)和設備外殼碰觸時,設備的外殼就會有危險電壓產生,由此生成的故障電流就會流經PE線到大地,從而起到保護作用。
隨sui著zhe電dian子zi通tong信xin和he其qi它ta數shu字zi領ling域yu的de發fa展zhan,在zai接jie地di係xi統tong中zhong隻zhi考kao慮lv防fang雷lei和he安an全quan已yi遠yuan遠yuan不bu能neng滿man足zu要yao求qiu了le。比bi如ru在zai通tong信xin係xi統tong中zhong,大da量liang設she備bei之zhi間jian信xin號hao的de互hu連lian要yao求qiu各ge設she備bei都dou要yao有you一yi個ge基ji準zhun''''''''地''''''''zuoweixinhaodecankaodi。erqiesuizhedianzishebeidefuzahua,xinhaopinlvyuelaiyuegao,yinci,zaijiedishejizhong,xinhaozhijiandehuraodengdiancijianrongwentibixugeiyutebieguanzhu,fouze,jiedibudangjiuhuiyanzhongyingxiangxitongyunxingdekekaoxinghewendingxing。zuijin,gaosuxinhaodexinhaohuiliujishuzhongyeyinrule"地"的概念。
dianluheyongdianshebeidejiediangongnengfenweianquanjiedihuoxinhaojiediliangfangmian。anquanjiedijiushicaiyongdizukangdedaotijiangyongdianshebeidewaikelianjiedaodadishang,shicaozuoshiyongrenyuanbuzhiyinshebeiwaikeloudianhuoguzhangfangdianerfashengchudianweixian,lingyizhonganquanjiediweifangleijiedi。xinhaojiedishizaixitongheshebeizhongcaiyongdizukangdedaoxianhuodipingmianweigezhongdianlutigongjuyougongtongcankaodianweidexinhaofanhuitonglu,shiliujinggaidixiandegedianluxinhaodianliuhubuyingxiang,xinhaojiedidezhuyaomudeshiweileyizhidianciganrao,shiyidiancijianrongxingweimubiaodejiedifangshi,baokuo:(1)屏蔽接地為了防止電路由於寄生電容存在產生幹擾、電路輻射電場或對外界電場敏感,必須進行必要的隔離和屏蔽,這些屏蔽的金屬必須接地,(2)濾波器接地,濾波器中一般包含信號線和電源線接地的旁路電容,當濾波器不接地時,這些電容就處於懸浮狀態,起不到旁路作用,(3)噪聲幹擾抑製,對內部噪聲和外部幹擾的控製需要設備或係統上許多點與地相連,從而為幹擾信號提供"最低阻抗"通道(4)電dian位wei參can考kao地di,電dian路lu之zhi間jian信xin號hao要yao正zheng確que傳chuan輸shu須xu有you一yi個ge公gong共gong電dian位wei參can考kao點dian,這zhe個ge公gong共gong電dian位wei參can考kao點dian就jiu是shi地di,所suo以yi互hu相xiang連lian接jie的de電dian路lu必bi須xu接jie地di。信xin號hao接jie地di方fang式shi有you四si類lei,它ta們men是shi將jiang所suo有you電dian路lu按an信xin號hao特te性xing分fen類lei分fen別bie接jie地di,形xing成cheng四si個ge獨du立li接jie地di係xi統tong,每mei個ge"地"子係統采用不同接地方式。
第一類,敏感信號和小信號地線係統,這些電路工作電平低,信號幅度弱,容易受幹擾失效或降級,其地線應避免混雜於其他電路中。
第二類,不敏感信號和大信號地線係統,這些電路中工作電流大,地線係統電流也大,須與小信號電路的地線分開,否則將通過地線的r合作用對小信號電路造成幹擾。
disanlei,ganraoyuanyuanshebeidedixitong,zheleishebeigongzuoshichanshenghuohuahuochongjidianliudeng,wangwangduidianzidianluchanshengyanzhongganrao,chuyaocaiyongpingbigelijishuwai,dixianxuyudianzidianlufenkaishezhi。
第四類,金屬構件為防止發生人身觸電事故,外界電磁場的幹擾及摩擦產生靜電等須將機殼接地。
同類電路中,根據接地點連接方式不同,又分為單點接地,適用於低頻(((1MHz》和公共接地麵尺寸小的情況,可有限避免點之間的地阻幹擾);多點接地,對於高頻{>lOMHz)和公共接地麵尺寸大的情況,單點和多點混合接地:適用於頻率在1MHz-lOMHzo 懸浮接地,可以防止機箱上的幹擾電流直接r合到信號電路,但是容易出現靜電累積,當電荷達到一定程度後,會產生靜電放電,變壓器和光電藕器就是典型的浮地。
濾波技術:
lvboshijiangxinhaozhongtedingboduanpinlvlvchudecaozuo,shiyizhihefangzhiganraodeyixiangzhongyaocuoshi。genjuguanchamouyisuijiguochengdejieguo,duilingyiyuzhiyouguandesuijiguochengjinxinggujidegailvlilunyufangfa。lvboyiciqiyuanyutongxinlilun,tashiconghanyouganraodejieshouxinhaozhongtiquyouyongxinhaodeyizhongjishu。"接收信號"相當於被觀測的隨機過程,"有用信號"相(xiang)當(dang)於(yu)被(bei)估(gu)計(ji)的(de)隨(sui)機(ji)過(guo)程(cheng)。例(li)如(ru)用(yong)雷(lei)達(da)跟(gen)蹤(zong)飛(fei)機(ji),測(ce)得(de)的(de)飛(fei)機(ji)位(wei)置(zhi)的(de)數(shu)據(ju)中(zhong),含(han)有(you)測(ce)量(liang)誤(wu)差(cha)及(ji)其(qi)他(ta)隨(sui)機(ji)幹(gan)擾(rao),如(ru)何(he)利(li)用(yong)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)盡(jin)可(ke)能(neng)準(zhun)確(que)地(di)估(gu)計(ji)出(chu)飛(fei)機(ji)在(zai)每(mei)一(yi)時(shi)刻(ke)的(de)位(wei)置(zhi)、速度、加速度等,並預測飛機未來的位置,就是一個濾波與預測問題。這類問題在電子技術、航天科學、控製工程及其他科學技術部門中都是大量存在的。曆史上最早考慮的是維納濾波,後來R.E.卡爾曼和R.S.布西於20世紀60年代提出了卡爾曼濾波。現對一般的非線性濾波問題的研究相當活躍。
總之,醫院作為醫療設備的主要使用方,應重視對操作的醫護人員、采購、維修人員進行必要的電磁兼容(EMC)知識的學習培訓,按照使用現場的電磁環境選購符合EMC要求的產品並正確地按設備使用說明書或技術說明書安裝、操作,為了廣大公眾的健康和安全,應讓其能按照設計,不受幹擾正常運行。
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