KR101507574B1 - 뼈 고정장치 - Google Patents

Abstract

뼈 또는 척추에 고정되는 생크(3) 및 이 생크에 연결된 리세스(5a, 11)를 포함하는 수용부(5, 5')를 포함하는 고정부재(2, 2');

상기 수용부에 수용되고, 적어도 일부가 관형상을 구비하는, 적어도 두 개의 고정부재를 연결하는 로드(20, 20');

상기 수용부와 결합하여 상기 리세스 내에 상기 로드를 고정하는 로킹부재(50, 29);

상기 리세스 내에 상기 로드를 고정하도록 상기 로드 상에 압력을 가하기 위해 상기 로킹부재(50, 29) 및 상기 로드(20, 20') 사이에 배치됨과 동시에, 상기 로드의 일부분의 형상에 부합하는 형상을 구비하는 상기 로드의 일부분에 접촉하는 로드 접촉면(61, 25)을 포함하는 충전편(60, 22)을 포함하는 뼈 고정장치가 제공된다.

뼈, 척추, 고정, 로드, 관(tube)

Description

뼈 고정장치{Bone anchoring device}

본 발명은 뼈 고정부재 및 적어도 두 개의 뼈 고정부재를 연결하는 적어도 일부가 관 구조로 된 로드를 포함하는 뼈 고정장치에 관한 것이다.

도 12는 다축 뼈 나사(100)를 도시한 것으로서, 이 뼈 나사는 뼈 나사산을 구비한 나사부재(101) 및 수용부(103) 내에 피봇가능하게 유지되는 부분구형의 헤드(102)를 구비하고 있다. 상기 수용부는 로드(104)를 수용하기 위한 리세스를 구비한다. 상기 헤드(102)와 로드 사이에는 상기 수용부 내에서 슬라이드가 가능한 압력부재(105)가 설치되어 있다. 내부 나사(106)를 사용하여 수용부 내에 로드를 클램핑함과 동시에 로드를 개재하여 헤드 상에 압력을 가함으로써 헤드를 로킹한다. 척주 안정화를 위한 관 구조의 가요성 로드는 예를 들면 미국 특허출원 제 US 2005/0154390 A1 호를 통해 공개되어 있다. 관형 로드와 도 12에 도시된 공지의 다축 뼈 나사를 결합하여 사용하는 경우, 내부나사를 체결하면 로드 상에 작용하는 부하에 의해 관형 로드가 도 13에 도시된 바와 같이 변형될 가능성이 있고, 이에 따라 로드의 특성에 영향을 준다.

미국특허 제 US 2004/0138660 A1 호에는 금속제 원통으로 제조된 로드를 뼈 나사의 수용체에 로킹하기 위한 로킹 캡 조립체가 개시되어 있다. 상기 로킹 캡 조립체는 내측 및 외측 로킹부재를 포함한다. 외측 로킹부재는 너트형 부재로서 이것에 내측 로킹부재가 회전이 가능하게 연결되어 있다. 내측 로킹부재는 상기 로드에 대면하는 측면 상에 상기 로드와 접촉하는 변형이 가능한 링형상의 접촉부재를 구비한다. 외측 로킹부재를 체결하면, 상기 변형이 가능한 접촉부재가 변형되고, 이것은 의사가 로킹 캡 조립체를 필요한 정도로 체결하는지의 여부를 결정할 수 있도록 피드백을 제공한다.

프랑스 특허 제 FR 2 810 533 호에는 전체가 원통체로 형성된 로드를 구비하는 뼈 고정장치가 개시되어 있다. 로킹 캡 조립체는 로드 상에 압력을 가하는 회전이 가능하게 지지되는 부재를 구비한다. 이 부재의 로드에 접촉하는 표면은 로드의 외형에 부합하는 형상이다.

본 발명의 목적은 동적 안정화에 적합하고, 로드의 관형 부분의 고정 구조를 개선한 뼈 고정장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1에 따른 뼈 고정장치에 의해 달성된다. 추가의 특징은 종속 청구항에 개시되어 있다.

본 발명의 뼈 고정장치는 큰 클램핑 힘이 가해지는 경우에도 관형 로드의 변형이 최소화되는 관형 로드 고정 구조를 제공한다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점은 첨부한 도면을 참조한 실시예의 상세한 설명에 의해 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면 큰 클램핑 힘이 가해지는 경우에도 관형 로드의 변형이 최소화되는 관형 로드 고정 구조를 구비하는 뼈 고정장치를 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2는 제1실시예에 따른 뼈 고정장치를 도시한 것이다. 이 뼈 고정장치(1)는 단축 뼈 나사(2) 및 관형 로드(tubular rod; 20)를 구비한다. 뼈 나사(2)에는 뼈 내에 고정되는 뼈 나사산을 구비한 생크(3)가 구비되어 있다. 이 생크의 일단부에는 팁(tip; 도시생략)이 구비되고, 타단부에는 수용부(5)가 구비된다. 수용부(5)는 상기 로드(20)를 수용하기 위한 실질적으로 U자형인 리세스(5a)를 포함한다. 이 리세스에 의해, 두 개의 레그(5b, 5b')가 형성되고, 이들 레그에는 상기 리세스 내의 로드(20)를 고정하기 위한 로킹부재를 수용하기 위한 내부나사산(5c)이 형성되어 있다. 도면의 실시예에 있어서, 로킹부재는 상기 양 레그 사이에 나사체결될 수 있는 내측나사(50)이다. 내부나사의 나사산은 체결시 상기 양 레그의 벌어짐을 방지하기 위해 평나사산(flat thread)으로 구성할 수 있다. 그러나, 미터 나사산, 톱니 나사산 또는 부각 나사산(negative angle thread)과 같은 임의의 다른 나사산의 형상도 사용할 수 있다. 조립된 상태에서, 로드(20)는 리세스(5a)의 바닥에 지지된다.

내측나사(50)와 로드 사이에는 충전편(60)이 설치된다. 이 충전편(60)은 평 면도 상에서 보았을 때 두 개의 직선상 장변(long sides)과 다른 두 개의 외측으로 만곡된 곡선상 단변(short sides)을 구비하는 실질적 장방형을 이룬다. 이 충전편의 로드에 대면하는 면은 로드 접촉면(61)을 구비하고, 이 접촉면은 로드의 표면의 평상에 부합하는 형상을 가진다. 도면의 실시예에 있어서, 로드(20)는 원통형이다. 따라서, 상기 충전편의 로드 접촉면(61)은 부분원통형의 리세스로서 형성된다. 이 로드 접촉면(61)의 치수는 로드가 충전편과 U자형 리세스(4a)의 바닥 사이에 클램핑되었을 때 부하를 적절히 분산될 수 있는 치수로 선택된다. 로드 접촉면(61)의 반대측 표면(62)은 실질적 평면이고, 그 중앙부에는 원통상 돌출부(63)가 구비되어 있다. 이 원통상 돌출부(63)는 상기 내측나사(50)의 하면에 형성된 대응하는 원통상 보어(51) 내에 삽입될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 내측나사는 충전편에 대해 회전이 가능하다. 돌출부(63)의 자유단부에는 내측나사의 대응하는 원형 리세스에 결합하는 외측으로 돌출하는 림(rim; 64)을 형성하고, 이것에 의해 충전편이 내측나사에 회전 가능하게 지지되도록 할 수 있다. 상기 내측나사에는 또 체결공구가 결합되는 리세스(52)가 반대측에 구비되어 있다.

로드(20)는 원통형 관으로서 형성되어 있다.

상기 뼈 고정장치의 모든 부품은 예를 들면 티타늄 또는 금속합금과 같은 금속이나 생체적합성 플라스틱 재료와 같은 생체적합성 재료로 제작된다.

사용시 적어도 두 개의 뼈 고정부재를 로드에 의해 안정될 대상인 두 개의 척추나 두 개의 뼈 부분에 고정한 다음, 수용부 내에 로드를 삽입한다. 다음에 충전편을 구비한 내측나사를 삽입하여 조여준다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 충전편의 로드 접촉면(61)이 로드의 표면에 가압 되었을 때 관형 로드는 최소로 변형되거나 전혀 변형되지 않는다. 이것은 로드의 표면상에 부하가 균일하게 분산되어 로드의 변형을 방지하기 때문이다.

도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 뼈 고정장치(1')는 다축 형식으로서, 생크(3)를 구비한 뼈 나사 형태의 뼈 고정부재(2')를 구비하고 있다. 상기 생크에는 팁(도시생략) 및 헤드(4)가 구비되어 있다. 도면의 실시예에 있어서, 헤드(4)는 부분구 형상을 가지고, 이 헤드(4)의 자유단부에는 공구 체결용 리세스(도시생략)가 형성되어 있다.

이 뼈 고정장치는 또 제1단부(6) 및 이것의 반대쪽의 제2단부(7)를 구비하는 수용부(5'), 상기 제1단부 및 제2단부에 의해 각각 형성되는 평면을 관통하는 중심축선(C), 및 상기 제1단부로부터 제2단부에 못 미치는 부분까지 연장하는 동축보어(8)를 포함한다. 상기 제2단부에는 보어(8)의 직경에 비해 소직경인 개구(9)가 형성되어 있다. 이 개구(9)의 인접부에는 헤드(4)의 시이트를 형성하는 구면부(10)가 형성되어 있다. 이 시이트 형성부는 형상은 다른 형상 예를 들면 원추형으로 구성할 수도 있다.

상기 수용부(5')는 로드(20')를 수용하기 위해 상기 제1단부(6)로부터 출발하여 상기 제2단부에 못 미치는 부분까지 연장하는 실질적 U자형인 리세스(11)를 구비한다. 이 U자형 리세스(11)에 의해 두 개의 레그(12, 13)가 형성된다. 또, 수용부(5')는 상기 레그(12, 13)의 내부나사산(14)을 포함한다.

상기 뼈 고정장치(1)는 또 압력부재(15)를 포함한다. 도면의 실시예에 있어 서, 압력부재(15)는 보어(8) 내에 도입되어 그 축선방향으로 이동할 수 있도록 보어(8)의 내경에 비해 약간 소직경인 외경을 가진 실질적 원통 구조를 가진다. 상기 압력부재(15)는 제2단부(7)를 향하는 하면 상에 뼈 나사 헤드(4)의 반경에 실질적으로 일치하는 반경을 가지는 구형 리세스(16)을 구비하고, 그 반대면 상에 로드(20)의 직경보다 큰 깊이를 가진 실질적 U자형 리세스(17)를 구비한다. 상기 로드(20)는 적어도 두 개의 뼈 나사를 연결한다.

상기 U자형 리세스(17)에 의해 두 개의 레그(18, 19)가 형성되고, 이들 레그는 상기 로드가 압력부재(15) 내에 안착 되었을 때 로드(20)의 표면의 위쪽으로 연장한다. 상기 압력부재(15)는 뼈 나사 헤드(4)에 체결공구를 접근시키기 위한 동축보어(21)를 더 구비한다.

상기 뼈 고정장치는 또 충전편(22)을 구비하고 있다. 이에 대해 도 7 내지 도 11을 참조하여 상술한다. 도면의 실시예에 있어서, 충전편은 압력부재의 U자형 리세스(17) 내에서 슬라이드 할 수 있는 치수를 가진다. 이 충전편은 압력부재(15)의 양 레그(18, 19)의 내면에 대면하는 두 개의 대향하는 평평한 측벽을 구비한다. 또, 이 충전편은 두 개의 만곡된 측면(24, 24')을 구비한다. 충전편(22)은 그 하면 상에 로드(20)를 수용하기 위한 리세스(25)를 구비한다. 도면의 실시예에 있어서, 상기 로드(20)는 원통형이고, 상기 리세스(25)는 이 로드(20)의 형상 및 치수에 부합하는 형상 및 치수로 형성되어 있다. 리세스는 충전편(22)이 로드(20)의 표면상에 압력을 가할 수 있도록 하기 위해 로드(20)의 반경 이하의 깊이를 가진다. 상기 충전편(22)의 리세스(25)의 반대쪽 표면은 실질적 평평면(26)을 구비하고, 또 동축 보어(27)를 구비한다. 이 동축보어의 외주에는 평평면(26)으로부터 돌출하는 접촉면(28)이 형성되어 있다. 이 접촉면의 형상은 예를 들면 링형이다.

도 4에 도시된 실시예의 충전편(22)은, 로드(20)가 압력부재(15)의 U자형 리세스(17) 내에 안착되고, 충전편(22)이 로드의 상면에 설치되었을 때, 평평면(26)이 압력부재(15)의 레그(18, 19)의 단부의 약간 하측에 위치하는 치수로 형성할 수 있다.

상기 뼈 고정장치는 로드 및 헤드를 고정하기 위한 로킹장치(29)를 구비한다. 도면의 실시예에 있어서, 로킹장치(29)는 수용부(5')의 내측나사산(14)에 결합하는 내측나사의 형태를 취한 제1 로킹부재(30)로 구성되어 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 결합 나사산은 평나사산으로 형성된다. 그러나, 임의의 다른 형상의 나사산도 가능하다. 상기 제1 로킹부재(30)는 체결공구와 결합하기 위한 결합구조(32) 및 세트 스크류로서 형성된 제2 로킹부재(31)를 수용하기 위한 동축 나산산을 가진 보어(33)를 포함한다. 상기 제2 로킹부재(31)는 또 체결공구와 결합하는 결합구조(34)를 포함한다. 제2 로킹부재의 상기 로드에 대면하는 면 상에는 충전편(22)의 보어(27)에 끼워짐과 동시에 충전편(22)과 제2 로킹부재(31) 사이의 회전운동을 가능하게 하는 돌출부(35)가 구비되어 있다.

상기 로킹장치(29), 압력부재(15) 및 충전편(22)은 도 6에 도시된 조립된 상태에서 제1 로킹부재(30)가 압력부재의 레그(18, 19)의 상면에 접촉함과 동시에 충전편(22)에는 접촉하지 않도록 하는 치수를 가진다. 제2 로킹부재(31)는 충전편 (22)의 접촉면(28)에 접촉하고, 압력부재에는 접촉하지 않는다. 이와 같은 구성에 의해, 수용부 내의 헤드(4)의 회전위치 및 고정장치 내의 로드(20)의 위치를 별도록 고정시킬 수 있다.

이 뼈 고정부재는 티타늄이나 티타늄 합금과 같은 신체적합성 재료로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 로드(20')는 그 벽의 적어도 일부에 나선형 리세스(40)를 구비하는 관으로서 형성된다. 상기 나선형 리세스(40)는 축선방향의 힘 및 굽힘력에 대한 탄성을 제공함과 동시에 특수 적용시 비틀림력에 대한 탄성도 제공한다.상기 나선형 리세스(40)의 특징, 예를 들면, 리세스의 피치 및 폭, 나선의 정확한 형태, 및 기타의 파라메터는 로드(20')의 필요로 하는 굴곡 특성에 따라 변화시킬 수 있다. 상기 로드(20')는 또 관의 내경에 비해 소직경의 직경을 구비하는 코어(41)를 구비할 수 있다. 이 코어(41)는 관 내에서 슬라이드가 가능하도록 설계할 수 있다. 코어(41)를 제조하기 위한 재료, 직경 또는 세부 형상은 얻고자 하는 로드(20')의 탄성 특성에 따라 선택된다. 예를 들면, 코어(41)는 가요성 관형 로드(20')의 강성을 향상시킴으로써 예를 들면 킹킹(kinking)을 방지하도록 설치할 수 있다.

상기 관형 로드(20')는 상기 뼈 고정부재와 동일 재료 또는 다른 재료로 제작할 수 있다. 예를 들면, 상기 로드는 그 자체가 향상된 탄성을 발휘하는 재료로 제작할 수 있다. 상기 재료는 플라스틱 재료나 형상기억력 및/또는 초탄성 특성을 가지는 형상기억합금으로 구성할 수 있다.

시술시, 상기 뼈 나사(2), 수용부(5') 및 압력부재(15)는 사전 조립에 의해 헤드(4)가 수용부(5') 내에 피봇운동이 가능하게 지지되고, 압력부재(15)가 수용 부(5') 내에 느슨하게 그리고 회전되지 않도록 고정된다. 사전 조립된 뼈 고정부재는 척주운동분절(spinal motion segment)의 인접 척추 내에 나사결합된다. 다음에, 수용부 내에 로드(20)를 삽입하여 이것을 압력부재 및 수용부의 U자형 리세스(11)의 바닥부에 안착시킨다. 상기 제2 로킹부재의 돌출부(35)를 충전편의 보어(27)를 관통 연장시킴으로써 상기 제2 충전편(22)과 제2 로킹부재(31)를 느슨하게 연결할 수 있다. 다음에, 상기 충전편(22)에 사전 조립한 로킹장치(29)를 수용부 내에 삽입한다. 상기 뼈 나사에 대한 수용부의 각도위치(angular position)를 최종 조절한 다음 제1 로킹부재(30)를 단단히 조임으로써 뼈 나사의 헤드(4)를 상기 각도위치에 고정한다. 상기 제1 로킹부재(30)는 그 하면이 충전편(22)에 접촉하지 않고 상기 압력부재의 레그(18, 19)의 상면에 접촉하므로 상기 헤드는 압력부재(15)에 의해 고정될 수 있다. 다음에, 상기 로드(20)의 위치를 조절한다. 마지막으로, 제2 로킹부재(31)를 충전편의 접촉면(28) 상에 압력을 가할 때까지 조인다. 상기 압력부재 및 로드 사이에 각각 작용하는 마찰력에 의해 로드는 정 위치에 유지된다.

상기 충전편에 의해 로드의 표면상에 부하가 균일하게 분산되므로 로드의 변형이 방지된다. 따라서, 관형 로드 내부에서 이동할 수 있는 코어(41)는 로드의 변형에 의해 재밍(jamming) 되지 않는다.

추가의 변경례에 있어서, 상기 로킹 장치는 단일 로킹부재를 포함한다. 이 경우, 상기 압력부재(15)는 로드의 표면의 상측으로 연장하는 레그(8, 19)를 구비하지 않는다. 상기 충전편은 로드 상에 압력을 가하고, 상기 로드는 압력부재 상에 압력을 가함으로써 상기 헤드 및 로드는 동시에 고정된다.

로킹장치의 다른 변경례들이 가능하다. 예를 들면, 로킹부재는 외측 너트 또는 캡을 포함할 수 있다. 이 경우, 충전편(22)은 로킹장치의 부재와 회전이 가능하게 연결된다. 또, 전술한 바와 같이 두 부재로 구성된 로킹장치는 예를 들면 제1 로킹부재(30)는 그 동축보어 내에 로킹부재(30)와 충전편의 평평면(26)이 접촉되지 않도록 충전편의 직경에 비해 대직경을 가지는 나사산이 없는 부분을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 충전편은 레그(18, 19)의 상측으로 연장할 수 있다.

상기 수용부는 나사부재가 저부로부터 도입될 수 있도록 설계할 수 있다.

상기 로드는 전체 또는 일부를 관으로 구성할 수 있다. 상기 코어는 생략할 수 있다. 상기 로드는 강성을 가지거나 전체 또는 일부가 가요성을 가질 수 있다.

추가의 변경례로서, 뼈 나사 대신, 후크 또는 네일(nail)형 고정부재를 사용할 수 있다. 전술한 다양한 실시예의 다수의 부재는 결합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 두 부재의 로킹장치는 단축나사와 결합하여 사용할 수도 있다.

도 1은 제1실시예에 따른 뼈 고정장치의 분해도이다.

도 2는 도 1의 뼈 고정장치의 조립 및 고정 상태의 단면 사시도이다.

도 3a 및 도 3b는 클램핑 힘(F)이 작은 경우 및 큰 경우의 로드의 클램핑 상태를 도시한 개략도이다.

도 4는 제2실시예에 따른 뼈 고정장치의 분해도이다.

도 5는 도 4의 뼈 고정장치의 조립 상태의 사시도이다.

도 6은 도 4의 뼈 고정장치의 조립 및 고정 상태의 뼈 고정장치의 단면도이다.

도 7은 도 4의 뼈 고정장치의 일부인 충전편의 사시도이다.

도 8은 충전편의 로드의 축선방향의 측면도이다.

도 9는 90° 회전된 충전편의 측면도이다.

도 10은 충전편의 평면도이다.

도 11은 충전편의 저면 사시도이다.

도 12는 로드를 구비한 공지의 다축 뼈 나사의 개략단면도이다.

도 13은 공지의 다축나사 및 관형 로드를 사용한 경우의 로드의 클램핑 상태를 보여주는 개략도이다.

Claims (14)

1. 뼈 또는 척추에 고정되는 생크(3) 및 이 생크에 연결된 리세스(11)를 포함하는 수용부(5')를 포함하는 고정부재(2, 2');

   상기 수용부에 수용되고, 적어도 일부가 관형상을 구비하는, 적어도 두 개의 고정부재를 연결하는 로드(20');

   상기 수용부와 결합하여 상기 리세스 내에 상기 로드를 고정하는 로킹부재(29);

   상기 리세스 내에 상기 로드를 고정하도록 상기 로드 상에 압력을 가하기 위해 상기 로킹부재(29) 및 상기 로드(20, 20') 사이에 배치됨과 동시에, 상기 로드의 일부분의 형상에 부합하는 형상을 구비하는 상기 로드의 일부분에 접촉하는 로드 접촉면(25)을 포함하는 충전편(22)을 포함하고,

   상기 로킹부재는 제1 로킹부재(30) 및 제2 로킹부재(31)를 포함하고, 상기 충전편(22)은 제1 로킹부재 또는 제2 로킹부재와 연결되는 뼈 고정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 충전편(22)은 상기 로킹부재(29)에 회전이 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 회전이 가능한 연결은 상기 로킹부재(29) 내에 제공되거나 상기 충전편 내에 제공된 보어(27)와 결합하는

   상기 충전편 또는 로킹부재(29) 상에 제공된 핀(35)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서, 상기 충전편(22)은 상기 수용부(5') 내에서 슬라이드가 가능한 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서, 상기 충전편과 접촉하는 상기 로드의 일부분은 관형인 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서, 상기 수용부는 상기 생크(3)에 단축으로 연결되는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서, 상기 생크(3)는 상기 수용부에 피봇가능하게 연결된 헤드(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
8. 제 7 항에 있어서, 압력부재(15)는 상기 수용부 내에 상기 헤드를 고정하도록 상기 헤드 상에 압력을 가하기 위해 상기 로드 및 상기 헤드(4) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서, 상기 리세스(11)는 두 개의 레그(12, 13)를 구비하는 실질적 U자형이고, 상기 로킹부재(29)는 상기 레그에 제공된 내부나사산과 결합하는 내부나사인 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서, 상기 로드는 상기 연결된 뼈 부분의 운동에 기인되는 힘의 작용에 의해 적어도 부분적으로 굴곡되는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서, 상기 로드는 코어(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서, 상기 로드는 금속 또는 금속 합금으로 제조된 관인 것을 특징으로 하는 뼈 고정장치.
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14. 삭제

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