Medizintechnische Systeme: physiologische Grundlagen, Gerätetechnik und automatisierte Therapieführung
Gespeichert in:
| Weitere Verfasser: | , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin ; Heidelberg
Springer Vieweg
[2016]
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXV, 459 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm |
| ISBN: | 9783642412387 |
Internformat
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|---|---|
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INHALTSVERZEICHNIS
AUTOREN
.
XVII
AKRONYME.
XIX
1
EINFUEHRUNG.
1
STEFFEN LEONHARDT UND MARIAN WALTER
1.1 WORUM GEHT ES IN DIESEM B UCH?
.
1
1.2 FUER WEN IST DIESES B U C H ?
.
3
LITERATURVERZEICHNIS.
3
2 PHYSIKALISCH-TECHNISCHE GRUNDLAGEN
. 5
STEFFEN LEONHARDT
2.1 ZUR BEDEUTUNG DER D IFF U S ^ 5
2.1.1 INSTATIONAERE
LOESUNG. 7
2.1.2 ZUR VIELFALT DES K O N Z EN TRATS 10
2.2 GLEICH- UND GEGENSTROMAUSTAUSCHERSYSTEME
.
12
2.2.1
MODELLBILDUNG.
12
2.2.2 STATIONAERE L OESUNG
.
15
2.3 PHYSIK DER PHASENGRENZE
.
.
. 17
2.3.1 DER PARTIALDRUCK
. 18
2.3.2 DAS GESETZ VON D ALTON
.
19
2.3.3 DAS GESETZ VON HENRY
.
19
2.4 REIBUNGSBEHAFTETER TRANSPORT 20
2.4.1 DAS GESETZ VON HAGEN-POISEUILL^
.
20
2.4.2
**
BLUT IST EIN BESONDERER SAFT*
.
23
2.4.3 D A S*OHM/SCHEGESETZ**DESMASSEN*ANSPORTES . . . . . . . . 23
2.5 ANALOGIEBETRACHTUNGEN FUER 24
2.5.1 ELEKTRISCHE ERSATZQUELLEST
.
25
2.5.2 PNEUMATISCHE QUELLEN
.
26
2.5.3 HYDRAULISCHE Q UELLEN
.
28
2.6 GRUNDLAGEN DER SYSTEMTECHNIK
.
29
2.6.1 GESTEUERTE
SYSTEME.
29
EINLEITUNG
.
75
PHYSIOLOGISCHE GRUNDLAGENS^ 80
4.2.1 KURZFRISTIGE REGULATIONSMECHANISMEN . . . . . . . . . . . . . . .
. 83
4.2.2 MITTELFRISTIGE REGULATIONSMECHANISMEN 87
4.2.3 LANGFRISTIGE R E G U L A T I O N S . . . . . . . . . . . . . . . .
91
4.2.4
PATHOPHYSIOLOGIE.
93
THERAPIEANSAETZE
.
95
ANSAETZE ZUR AUTOMATISIERUNG UND BEISPIELE FUER KONKRETE
REGELUNGSKONZEPTE.
96
4.4.1 DER EINGESETZTE R E G LE R
.
100
4.4.2
ERGEBNISSE DER
PMAP-REGELUNG
MIT NITROPRUSSID-NATRIUM
103
2.6.2 DAS PRINZIP DER RUECKKOPPLUNG
.
30
2.6.3 DAS PRINZIP DER H OM OEOSTASE
.
31
2.6.4 TECHNISCHE UND PHYSIOLOGISCHE REGELKREISE. . . . . . . . . . . .
34
2.6.5 KATEGORIEN MEDIZINTECHNISCHER REGELKREISE. . . . . . . . . . . .
35
2.7
AUFGABEN.
37
LITERATURVERZEICHNIS.
38
3 GRUNDLAGEN DER
MODELLBILDUNG.
39
BERNO J.E. MISGELD
3.1 E IN
LEITUNG.
39
3.1.1 SYSTEM ULD M
ODELL. 40
3.1.2 KOMPLEXITAET VON MEDIZINTECHNISCHEN SYSTEMEN . . . . . . . . 41
3.1.3 M
ODELLZWECK.
42
3.2 MATHEMATISCHE M
ODELLBILDUNG.
43
3.2.1 EXPERIMENTELLE MODELLBILDUNG
.
44
3.2.2 THEORETISCHE MODELLBILDUNG
. 44
3.2.3 SIMULATION UND
VALIDIERUNG. 46
3.3
KOMPARTIMENT-MODELLE.
48
3.3.1 MODELLIERUNG DES GASAUSU^^
MEMBRANOXYGENATOR.
50
3.3.2 HERLEITUNG DER LINEAREN GLEICHUNGEN. . . . . . . . . . . . . . . .
. . 51
3.3.3 NICHLINE^ES MODELL DES
*
2
-* ^^ 52
3.4 MODELLIERUNG MITTELS KONZETO^ 55
3.4.1
WINDKESSEL-MODELL.
56
3.4.2 MODELLIERUNG MIT VERTEILTEN 59
3.4.3 MODELLE DES ARTERIELLEN GEFAESSSYSTEMS. . . . . . . . . . . . . . .
. . 62
3.5 BIOMECHANISCHE M
ODELLIERUNG. 65
3.5.1 LINEARE MODELLIERUNG DES MENSCHLICHEN BEINS . . . . . . . . . 66
3.5.2 MODELLBILDUNG MIT HILFE DES 68
3.6 A
UFGABEN.
70
LITERATURVERZEICHNIS.
73
4 KUENSTLICHE REGELUNG DES B LUTD RU CK
S. 75
OLAF SIMANSKI UND RALF KAHLER
1
2
3
4
4
4
4
4
INHALTSVERZEICHNIS XI
4.4.3 ERWEITERUNG DES R EG ELU N G ^
****-REGELUNG MIT NORADRENALIN
.
103
4.5 A
UFGABE^.106
LITERATURVERZEICHNIS.
106
5 H ERZUNTERSTUETZUNGSSYSTEM
E.107
SEBASTIAN SCHWANDTNER UND CHRISTOPH NIX
5.1 HAEMODYNAMIK DES
HERZ-KREISLAUF-SYSTEMS.107
5.1.1 DAS HERZ ALS PUMPE IN EINEM VERZWEIGTEM ROKENSYSTEM L07
5.1.2 DER HERZZYKLUS * DRUECKE IM HERZEN UND DEN HERZNAHEN
GEFAESSEN .110
5.1.3 DRUCKE, FLUSSE, FLIESSGESCHWINDIGKEITEN UND
WIDERSTANDE DER EINZELNEN K OM PLIM ENTE . . . . . . 112
5.1.4 DIE VERSORGUNG DES H ERZM USKELS
.
114
5.2 KARDIALE
LEISTUNGSINAIZES.
115
5.2.1 HERZZEITVOLUMEN
V
HZV
* C D I A C OUTPUT C O . . . . . . . . . . 115
5.2.2 CARDIAC INDEX C I
. 116
5.2.3 CARDIAC POWER
OUTPUTANDEX.116
5.2.4 EJECTION FRACTION (EF)
. 117
5.2.5 ZUSAMMENFASSUNG DER WICHTIGSTEN KARDIALEN INDIZES . . . . 117
5.2.6 PV-DIAGRAM M
.118
5.2.7 AKUTES H
ERZVERSAGEN.
120
5.3
HERZUNTERSTUETZUNGSSYSTEME.121
5.3.1
GEGENPULSATION.123
5.3.2 INTRAAORTALE BALLONPUMPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 124
5.3.3 EXTTAAORTALE GEGENPULSATION (C-PULSE) . . . . .
126
5.3.4 GEGENPULSATION MIT PUMPENVENTRIKELN (SYMPHONY). . . . 127
5.3.5 PULSATILE HERZUNTERSTUETZUNG MIT PUMPENVENTRIKELN . . . . . . 128
5.3.6 HERZUNT^RSTUETZUNG MIT ROTATIONSBLUTPUMPEN . . . . . . . . . . . 1
3 1
5.3.7 SYNERGY*DIAGONALPUMPE VON CIRCULITE (HEARTWARE). 133
5.3.8 DAS HVAD ZENTRIFUGALPUMPSYSTEM VON HEARTWARE
*
. 134
5.3.9 DIE IMPELLA*BLUTPUMPKATHETER VON ABIOMED . . . . . . . . 135
5.4 HAMODYNAMISCHE WIRKUNG DER MECHANISCHEN
HERZHEISLAUFUNTERSTUETZUNG.
138
5.5
AUFGABEN.143
LITERATURVERZEICHNIS.144
6 KUENSTLICHE B EATM
UNG.145
HANS JOACHIM KOHL UND STEFAN MERSMANN
6.1 MEDIZINISCHE G
RUNDLAGEN.145
6.1.1 FUNKTION DER A TM
UNG.145
6.1.2 D RU K UND V OLUM
EN.146
6.1.3 F LO W
.149
6.1.4 PATHOPHYSIOLOGIE DER A TM
UNG.150
6.2 HISTORISCHER A
BRISS.153
6.2.1
WECHSELDRUCKBEATMUNG.154
6.2.2
UNTERDRUCKBEATMUNG.
156
6.2.3
UEBERDRUCKBEATMUNG.156
MASCHINELLE UEBERDRUCKBEATMUNG: VOLUMEN- UND DM CIONTROLLIERT 158
AUFBAU EINES
BEATMUNGSGERAETES.
160
G
ERAETETECHNIK.
162
6.5.1
SCHLAUCHSYSTEM.162
6.5.2
VENTILE.
164
6.5.3
SENSOREN.166
6.6 REGELUNG GERATE-INTERNER G ROESSEN
.
169
6.6.1 INSPIRATORISCHE ATEMWEGS.DRUCHEGELUNG MIT EINER
FLOW
QUELLE.169
6.6.2 INSPIRATORISCHE VOLUMENREGELUNG MIT EINER DRUCKQUELLE . 174
6.6.3 EXSPIRATORISCHE
DRUCKREGELUNG.175
6.6.4 AUTOMATIC TUBE
COMPENSATION.175
6.7 BEATMUNGSSTEUERUNG
.176
6.7.1 ZEITLICHE ABFOLGEN (CYCLE PATTERN) . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 176
6.7.2
SPONTANATEMUNTERSTUETZUNG.180
6.7.3 AST DER ATEMHUEBE
{STROKE PATTERN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
6.7.4 ZUSAETZE FUER
BEATMUNGSMUSTER.181
6.7.5 ANDERE UEBLICHE
BEZEICHNUNGEN.182
6.7.6
PATIENTENMONITORING.183
6.7.7 BESTIMMUNG VON RN UND
C RS
.183
6.8 AUTOMATISIERUNG DER KUENSTLICHEN B EATM UNG
.
185
6.8.1 M
OTIVATION.185
6.8.2 S YSTEM IHITEKTUR UND FUNKTIONSPRINZIP . . . . . . . . . . . . . .
186
6.8.3 TECHNIKEN DER IMPLEMENTIERUNG
.188
6.8.4 KLINISCHE LEITLINIEN ZUR THERAPIE-UNTERSTUETZUNG. . . . . . . . 188
6.8.5 THERAPIE-AUTOMATISIERUNG AM PRAKTISCHEN BEISPIEL:
SMARTCARE/PS 190
6.9 A
UFGABEN.
193
LITERATURVERZEICHNIS.
195
7 EXTRAKORPORALE ZIRKULATION UND G A SA U STAU SCH
.
197
MARIAN WALTER UND RIIDGER KOPP
7.1 MEDIZINISCHE G
RUNDLAGEN.197
7.2 TECHNIK DER EXTRAKORPORALEN Z
IRKULATION.199
7.21
OXYGENATOREN.200
7.2.2 B LUTPUM PEN
.
201
7.2.3
SENSOREN.202
7.2.4 SCHLAEUCHE UND K A N UE LE N
.
202
7.2.5 WEITERE
KOMPONENTEN.203
7.3 MATHEMATISCHE MODELLIERUNG DER SYSTEMKOMPONENTEN . . . . . . . . . .
204
7.3.1 MODELLIERUNG DES TECHNISCHEN TEILSYSTEMS. . . . . . . . . . . . .
204
7.3.2 MODELLIERUNG DER
PHYSIOLOGIE.217
7.4 REGELUNG DER EXTRAKORPORALEN LUNGENUNTERSTUETZUNG . . . . . . . . . .
. . 220
3
4
5
6
6
6
INHALTSVERZEICHNIS XIII
7.4.1 KLINISCHESICHT
.220
7.4.2 TECHNISCHE
REGELUNGSKONZEPTE.220
7.5 AUFGABEN
LITERATURVERZEICHNIS.224
8 N IEREN
ERSATZTHERAPIE.225
JOERG VIENKEN
8.1 EINLEITUNG
.225
8.2 MEDIZINISCHE G
RUNDLAGEN.227
8.3 GRUNDZUEGE DER
DIALYSEVERFAHREN.233
8.3.1 GRUNDLAGEN DER HAEMODIALYSE (HD). . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 234
8.3.2 AUFTAU EINES D
IALYSATORS.235
8.3.3 DIE PERITONEALDIALYSE (PD
).244
8.4 ANSAETZE ZUR AUTOMATISIERUNG DER D IALY
SE.247
8.5 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
.252
8.6
AUFGABEN.252
LITERATURVERZEICHNIS.253
9 L
EBERERSATZTHERAPIE.255
JOERG VIENKEN
9.1 EINLEITUNG
.255
9.2 GESCNICHTLICHE ENTWICKLUNG DER LEBERERSATZTHERAPIE . . . . . . . . .
. . . 258
9.3 MEDIZINISCHE G
RUNDLAGEN.259
9.4 GRUNDZUEGE DER
LEBERERSATZVERFAHREN.263
9.4.1
ALLGEMEINES.263
9.4.2 ALBUMIN, EIN MOLEKUEL MIT VIELEN EIGENSCHAFTEN . . . . . . . . 265
9.4.3 MECHANISMEN UND EINFLUSSGROESSEN DER ADSORPTION . . . . . . 268
9.5 LEBERERSATZVERFAHREN UND FUNKTIONSPRINZIPIN 272
9.5.1 DIE H
*IOPERSUSION.272
9.5.2 KOMBINATION VON DIALYSE UND ADSORPTION-DAS
DIALYSIS SYSTEM BIOLOGIC D T
.273
9.5.3 ALBUMIN-DIALYSE: DAS MARSD-SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . .
274
9.5.4 FRAKTIONIERTE PLASMASEPA^ATION
*
ADSORPTION UND
DIALYSE: DAS PROMETHEUS*S Y STEM
.276
9.5.5 BIOREAKTOREN FUER DIE LEBERERSATZTHERAPIE . . . . . . . . . . . . .
. 279
9.6 ANSAETZE ZUR AUTOM
ATISIERUNG.279
9.7
AUFGABEN.281
LITERATURVERZEICHNIS.282
10 THERMOREGULATION DES
MENSCHEN.283
JOCHIM KOCH
10.1 EINLEITUNG
.283
10.2 WAERMEBILANZ DES M
ENSCHEN.284
10.3 MECHANISMEN DER W
AERMEUEBERTRAGUNG.285
10.3.1
KONVEKTION.285
10.3.2 S
TRAHLUNG.286
10.3.3 KONDUKTION
.
287
10.3.4 EVAPORATION
.
288
10.3.5 RESPIRATORISCHER W AERM
ETRANSFER.290
10.4 WAERMEPRODUKTION
.
291
10.4_1 WAERMEPRODUKTION DURCH GRUNDUMSATZ . . . . . . . . . . . . . . . .
291
10.4.2 WAERMEPRODUKTION DURCH MUSKELARBEIT . . .
. 293
10.5 BESTIMMUNG DER HAUTOBERFLAECHE
.
293
10.6 KOERPERTEMPERATUREN
.
295
10.6.1 DEFINITION DER KOERPERKERNTEMPERATUR . . . . . . . . . . . . . . .
. . 295
10.6.2 VERTEILUNG DER KOERPERTEMPERATUREN
.
296
10.6.3 MESSUNG DER KO*ERKEMTEMPERATUR . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 297
10.6.4 NORM ALTEM PERATUR
10.6.5 F IE B
ER.
299
10.6.6 HYPERTHERMIE
.
300
10.6
*
H YPOTHERM IE
.
300
10.7 SIMULATION DER
THERMOREGULATION.302
10.7.1 ALLGEMEIN
.
302
10.7.2 MECHANISCHE ERSATZMODELLE
.
302
10.7.3 NUMERISCHE ERSATZMODELLE
.
303
10.7.4 REGULIERUNG DES BLUTFLUSSES UND DER WAERMEPRODUKTION
AUS M ODELLSICHT.
. 304
10.7.5 VALIDIERUNG VON ERSATZM ODELLEN
.
305
10.8 WAERMETHERAPIEGERAETE
.
306
10.8.1 NEONATOLOGIE
.
307
10.8.2 PERIOPERATIVE HYPOTHERMIE
.
310
10.8.3 WIEDERERWAERMEN NACH AKZIDENTELLER HYPOTHERMIE . . . . . . 310
10.8.4 NEUROPROTEKTIVE HYPOTHERMIE IN DER NEONATOLOGIE . . . . . . 3 1 1
10.8.5 THERAPEUTISCHE HYPOTHERMIE IN DER KARDIOLOGIE . . . . . . . . 311
10.8.6 THERAPEUTISCHE HYPERTHERMIE IN DER NOTFALLAMBULANZ .
*
312
10.8.7 THERAPEUTISCHE HYPERTHERMIE IN DER ONKOLOGIE . . 312
10.9 KO*ERTEMPERATURREGELUNG
.
312
10.9.1 REGELUNG DER HAUTTEMPERATUR IN DER NEONATOLOGIE . . . . . . 313
10.9.2 KO*ERTEMPERATURREGELUNG BEI THERAPEUTISCHEN
H Y P O UE IEIIEG E RATEN
.
315
10.9.3 EINORDNUNG
.
315
10.10 A
UFGABEN.
316
LITERATURVERZEICHNIS.
316
11 BLUTZUCKERREGELUNG DES M ^ C H N
.319
KATRIN LUNZE UND MATHIAS BRENDEL
11.1 EINLEITUNG
.
319
11.2 PHYSIOLOGISCHE UND PATHOPHYSIOLOGISCHE GRUNDLAGEN . . . . . . . . .
. . 320
11.2.1 NATUERLICHE BLUTZUCKERREGULATION
.
320
11.2.2 DIABETES M ELLITUS
.
325
11.2.3 LANGZEITFOLGESCHAEDEN
.
327
11.3 EXOGENE INSULINTHERAPIE
.
329
11.3.1 THERAPIEANSATZ
.
329
11.3.2
GLUKOSEMESSUNG.331
11.3.3
INSULINAPPLIKATION.332
11.3.4 AKTUELLE MANUELLE THERAPIEMASSNAHMEN . . . . .
333
11.4 BIOLOGISCHER
ORGANERSATZ.337
11.4.1
TRANSPLANTATIONSTHERAPIE.337
11.4.2 VASKULARISIERTEPANKREASTRANSPLANTATION . . . . . . . . . . . . .
. . 337
11.4.3 TRANSPLANTATION ISOLIERTER LANGERHANS*SCHER INSELZELLEN . 339
11.4.4 VERGLEICH DER
THERAPIEANSAETZE.343
11.4.5 NOTWENDIGKEIT EINER AUTOMATISIERTEN INSULINTHERAPIE . . . . 343
11.5 MODELLE DES
GLUKOSESTOFFWECHSELSYSTEMS.345
11.5.1 GRUNDSTRUKTUR DES STOFFWECHSELMODELLS . . . . . . . . . . . . . .
. 345
11.5.2 IDENTIFIKATION DER
MODELLPARAMETER.346
11.5.3 BERGMAN.MODELL . . : . .
. 348
11.5.4
SORENSEN-MODELL.349
11.6 ALGORITHMEN FUER DIE KUENSTLICHE BLUTZUCKERREGELUNG . . . . . .
356
11.6.1
SENSOR-AKTOR-WEG.356
11.6.2 HERAUSFORDERUNGEN FIIR DEN REGLERENTWURF 356
11.6.3 MODELLBASIERTEBLACK-BOX-REGELUNGSALGORITHMEN . . . . . . 357
11.6.4 MODELLBASIERTE GREY.BOX-REGELUNGSALGORITHMEN . . . . . . . 358
11.7 FORSCHUNGSSTAND DER AUTOMATISIERTEN T
HERAPIE.359
11.7.1 UEBERBLICK UBER DIE ENTWICKLUNGSSZENMEN . . . . . . . . . . . .
359
11.7.2 SIMULATIONEN UND EXPERIM
ENTE.360
11.7.3 ZUKUENFTIGE
ENTWICKLUNGEN.361
11.8 A UFGABEN
.
362
LITERATURVERZEICHNIS
.R.
30Z
12 ANALYSE UND REGELUNG DES HIRNDRUCKS BEIM HYDROZEPHALUS . . . . . . .
. 365
INGA ELIXMANN UND WOLF-INGO STEUDEL
12.1 EINLEITUNG
.365
12.2 GRUNDLAGEN DER HIMDRUCK-ENTSTEHUNG UND -MESSUNG . . . . . . . . . .
. 368
12.2.1 MEDIZINISCHE
GRUNDLAGEN.368
12.2.2
MESSMOEGLICHKEITEN.371
12.2.3 S O N D EN
S.374
12.2.4 DRUCK-VOLUMEN-KENNLINIE
*
H IRN D RU C K -D Y M IK
.379
12.3 HYDROZEPHALUS UND L IQ U O R D Y N IIK
.381
12.3.1 MEDIZINISCHE
GRUNDLAGEN.381
12.3.2 GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG DER SHUNT-THERAPIE. . . . . . . . 384
12.3.3
SHUNTSYSTEME.386
12.4 MODELLIERUNG DER H IM D RU C K D Y N IIK
.392
12.4.1 ZW
ECK.392
12.4.2 MODELLE MIT KONZENTRIERTEN PARAMETERN . . . . . . . . . . . . . .
. 393
12.4.3 FINITE*ELEMENTE*M ODELLE
.
402
12.5 AUFGABEN
* * * * * * * * * * * *
LITERATURVERZEICHNIS.404
13 ASSISTENZSYSTEME FUR AIE ANAESTHESIE
.
405
STEFFEN LEONHARDT UND
*
URGEN MANIGEL
13.1 EINLEITUNG
.405
13.1.1 BEGRIFFE UND MEDIZINISCHER HINTERGRUND. . . . . . . . . . . . . .
. 406
13.1.2 GESCHICHTE DER A NAESTHETIKA
.
407
13.1.3 HISTORISCHER AORISS DER GERAETETECHNIK . . . . . . . . . . . . . .
. . 409
13.2 MODERNE GERAETETECHNIK
.
411
13.2.1 ATEM ANTRIEBE
.
412
13.2.2 DOSIERUNG VON VOLATIIEN ANASTHETIKA . . . . . . . . . . . . . . .
. . 415
13.2.3 GASMESSTECHNIK
.
418
13.2.4 AUFTAU HEUTIGER ATEMSYSTEME
.
420
13.3 PHARMAKOLOGIE DER ANAESTHETIKA
.
426
13.3.1 PHARMAKOKINETIK (PK)
.
426
13.3.2 PHARMAKODYNAMIK (P D )
.
431
13.4 AUTOMATISIERUNGSKONZEPTE FUER ANAESTHESIEMASCHINEN . . . . . . . . .
. . . 435
13.4.1 MASCHINEN-INTERNE R EGELKREISE
.
435
13.4.2 DER PATIENT ALS S TOERGROESSE
.
436
13.4.3 PATIENT*IN* THE*LO O P
.
437
13.4.4 COMPUTERGESTUETZTE NARKOSE-FUEHRUNG . . . . . . . . . . . . . . . .
. 439
13.5 A
UFGABEN.441
LITERATURVERZEICHNIS
.
441
SACHVERZEICHNIS
.
443
A
ABBILDUNGSNACHWEIS.
4 3 * |
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