CN102973276B - 预防近视和颈椎病的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种预防近视和颈椎病的装置，包括数据采集模块（1）、主控模块（2）、警示模块（3）和电源模块（4）；数据采集模块（1）与主控模块（2）相连，主控模块（2）与警示模块（3）相连，电源模块（4）为本装置提供电源供应和充电管理；各模块通过数据总线接收和发送数据或指令；主控模块（2）通过对采集模块采集的数据与姿态和运动决策树算法依赖和训练数据进行处理，确定用户使用状态。根据不同使用状态下的不同可配置标准数据与采集到的数据进行逻辑运算，确定是否告警。本装置不仅可以判断用户的使用状态，而且根据用户不同使用状态来调整告警所依据的标准参数，误报率低；还根据用户选择，实现不同的功能，应用范围广。

Description

预防近视和颈椎病的装置

技术领域

本发明涉及预防保健领域的预防装置，特别是指一种预防近视和颈椎病的装置。

背景技术

近年来，近视和颈椎病的发病率逐年升高。在众多诱发近视和颈椎病的病因中，长时间保持不良的学习、工作姿势已成为诱发近视和颈椎病的主要原因。随着社会日新月异的变化，生活节奏也随之加快，人们生活的压力也愈来愈高，长时间的伏案学习，工作已成为大部分人生活中不可或缺的一部分。但长时间不正确的学习、工作姿势，会导致近视和颈椎病的高发，最终使人们不能专心学习、工作，同时还饱受了病痛的折磨。故近年来，预防近视和颈椎病的装置应运而生，其技术也愈加成熟。

现有技术中，预防近视、颈椎病的装置大体分为两种，一种是在办公桌等类似办公平台上增加一个限制人***置的机械装置，通过利用机械装置限制使用者眼部、头部与书本的距离和姿势，来矫正使用者不良的学习、工作姿势。该种装置对预防近视、颈椎病有一定的效果，但其应用范围局限性强，不适用于携带，并且佩戴感觉不舒服。另一种是利用距离传感模块和光强传感模块，通过对用眼距离和环境光照强度进行监控，对监控值低于预先设定报警值时，提示报警，使用户时刻保持良好的学习、工作姿势和环境。此种装置能产生良好的预防作用，且携带方便，佩戴舒服。但由于其只能检测用眼距离和环境光照，不能根据判断用户的使用状态，且更不能根据用户不同的使用状态来调整报警值，致使使用范围局限性强，经常造成错判，误判而报警。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明的目的是提出一种能判断用户使用状态，且能根据不同的使用状态来调整可配置标准数据，应用范围广的预防近视和颈椎病的装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的预防近视和颈椎病的装置包括数据采集模块、主控模块、警示模块和电源模块；所述数据采集模块与所述主控模块相连，所述主控模块与所述警示模块相连，所述电源模块为本装置提供电源供应和充电管理；各模块通过数据总线接收和发送数据或指令。

所述数据采集模块，包括距离传感模块、光强传感模块和微机械***运动传感模块；所述距离传感模块用于采集眼睛与使用目标物的距离；所述光强传感模块用于收集环境光强度数据；所述微机械***运动传感模块用于采集头部运动和姿态的数据。

所述主控模块，配置为主动分析模式；其包括存储模块、智能运算模块；所述存储模块用于存储数据采集模块采集到的数据、可配置标准数据、标准误差数据、姿态和运动决策树算法依赖和训练数据；所述智能运算模块调取存储模块中微机械***运动传感模块采集的数据和存储模块中存储的姿态和运动决策树算法依赖和训练数据，并对两组数据进行逻辑处理，判断用户当前的使用状态；当确定用户当前的使用状态后，智能运算模块从存储模块中调取用户在不同使用状态下的可配置标准数据，智能运算模块将采集模块采集的数据计算出的结果与可配置标准数据进行对比，若计算出的数据和所述可配置标准数据绝对值之差大于标准误差数据，智能运算模块发出告警信号；在智能运算模块判断是否发出告警信号的同时，智能运算模块仍持续判断用户当前的使用状态，不断更新判断所依据的数据。

所述警示模块，用于接收主控模块发出的告警信号后，发出报警，提示用户注意。

若智能运算模块无法确定用户的使用状态，则其持续对采集模块采集的数据进行监控；一旦确定用户的使用状态，则对采集模块采集的数据进行计算和判断，根据判断结果，决定是否发出告警信号。

进一步说，所述主控模块还能配置为省电模式；在该状态下，数据采集模块还包括定时模块；距离，光强和微机械***运动传感模块都被配置为周期性自动监视状态，并对其采集的数据进行先处理，采集的数据经分析超出预先设置的警示范围，则发出唤醒主控模块信号，唤醒主控模块，主控模块对数据采集模块重新采集的数据进行再计算，若其计算出的数据和所述内置标准数据绝对值之差大于标准误差数据，智能运算模块发出告警信号，否则，主控模块重新进入省电模式；若距离，光强和微机械***运动传感模块采集的数据在一定时间内保持不变，则定时模块向主控模块发出唤醒信号，唤醒主控模块，主控模块对数据采集模块重新采集的数据进行计算，若采集的数据仍在一定时间内保持不变，则发出告警信号，否则，主控模块重新进入省电模式。

在主动分析模式和省电模式下，主控模块还包括自动配置模块，根据用户当前状态下测量的数据设定为可配置标准数据，存储在存储模块中，用于作为告警判断的标准数据。

所述警示模块根据主控模块发出的告警信号指令，发出声、光、振动中一种或几种警示方式。告警方式还可采用眼镜警示方式，将可控制透明度的液晶屏贴在眼镜片表面，当发出告警时，对其通电，并通过调节电流电压的大小控制其透明度。不但如此，所述主控模块还能通过电子电气标准的传输总线，将告警的文字、图片、符号之一或任意组合信息传送到液晶屏上显示，告警信息可以在液晶屏移动显示，也可以在固定位置显示。

本装置还包括通讯模块，用户通过主机改变本装置配置参数；且通讯模块还能将主控模块发出的指令传输到主机上，使告警信息显示在主机的屏幕上。进一步说，本装置还包括强制休息模块，若经告警后的一定时间内，用户没有采取相应的调整措施，主控模块可以发出强制休息指令，强制休息指令经所述通讯模块传输到主机上，使主机的屏幕被锁定或变黑。所述主控模块还包括健康指数评估模块，通过对一段时间内所收集的数据进行统计整理；将整理后的评估健康指数和改进意见显示在主机的屏幕上。所述健康指数评估模块能根据用户的输入信息和主控模块计算出的数据进行逻辑运算，根据不同用户的需求，采用不同的参数和算法，给出针对用户所关注的健康指数和意见。

进一步说，所述电源模块还包括发电模块，通过动能或太阳能为本装置充电。

进一步说，所述主控模块根据不同的采集数据，采取不同的延时告警时间；对于变化缓慢的变量，一旦检测到告警信息就立即发出告警信号；对于变化较快的变量，连续检测到一定次数或一定时间的告警信息时，才发出告警信号。

更进一步说，本装置还包括可旋转夹具，通过调整夹具使传感模块探头的方向接近视线方向。

综上所述，可以看出，本发明提供的预防近视和颈椎病的装置具有以下有益效果：

1、通过主控模块对距离、光强和微机械***运动传感模块采集数据的分析和判断，确定用户的使用状态。根据不同的使用状态，依据不同的判断数据进行判断，增加判断结果的准确程度，降低误判几率，且监测的维度广，对用户日常生活和工作中的不良习惯准确、及时的提醒，起到了对近视及颈椎病良好的预防作用。

进一步来说，本发明预防近视和颈椎病的装置还有以下有益效果：

2、本装置可以根据用户选择，采用省电模式，在省电模式下，通过各传感模块对数据的先处理，采用唤醒主控模块处理的方式。不但能有效的提示用户改正不良的生活或工作习惯，而且大大的延长了本装置在待机使用时间。

3、通过采用液晶屏、主机显示或强制休息等告警方式，使用户在忽略其它告警方式时，能及时，有效的制止用户的不良习惯，进一步增强了本装置的预防功能。

4、本装置可以根据用户的生活或工作习惯，给出健康评估数据，用户可以根据评估数据，及时有效的发现生活或工作中的不良习惯，及时纠正、改进。并且，还可以根据不同用户重视的不同方面，给出评估数据。

5、本装置外置旋转夹具，可以有效的调整传感器采集数据的角度，使其更能接近近视方向，使判断出的数据更加准确。

附图说明

图1为本发明预防近视和颈椎病的装置实施例模块结构图；

图2为本发明预防近视和颈椎病的装置实施例***启动流程图；

图3为本发明预防近视和颈椎病的装置实施例主动分析模式的流程图；

图4为本发明预防近视和颈椎病的装置实施例省电模式流程图；

图5为本发明预防近视和颈椎病的装置实施例告警模式图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

以下为本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供的预防近视和颈椎病的装置包括嵌入式***前端和操作和维护后端，嵌入式***前端包括数据采集模块1、主控模块2、警示模块3和电源模块4；所述数据采集模块1与所述主控模块2相连，所述主控模块2与所述警示模块3相连，所述电源模块4为本装置提供电源供应和充电管理；各模块通过数据总线接收和发送数据或指令；所述数据采集模块1，包括距离传感模块、光强传感模块和微机械***运动传感模块；所述距离传感模块用于采集眼睛与使用目标物的距离；所述光强传感模块用于收集环境光强度数据；所述微机械***运动传感模块用于采集头部运动和姿态的数据；所述主控模块2，配置为主动分析模式；其包括存储模块、智能运算模块；所述存储模块用于存储数据采集模块1采集到的数据、可配置标准数据、标准误差数据。操作和维护后端包括用户界面6。

如图2所示，为本发明预防近视和颈椎病的装置的***启动流程图，包括如下步骤：

步骤100，开始。

步骤101，***会自动对本装置的电量进行检测，当本装置电量高于报警门限，则进入步骤102，配置传感器，配置中断；当本装置电量低于报警门限时，则进入步骤103，本装置发出告警提示，此告警提示会持续一段时间。然后进入步骤104，提示用户对本装置进行充电或连接外置电源。如果用户按照提示，为本装置进行充电或连接外置电源，则进入步骤102；如果用户没有按照提示为本装置进行充电或连接外置电源，则***进入步骤105，关机。

步骤106，待本装置检测完电量后，提示用户进行模式选择，用户可以根据自己的需求，选择适合自己的模式，所述可选模式包括主动分析模式和省电模式。

所述主动分析模式，即：用户若选择该模式，则本装置时刻采集数据，对采集的数据实时分析，如果发现超过报警门限，发出报警信号。

所述省电模式，即：用户若选择该模式，则本装置的主控模块2处于休眠状态，等待传感器中断事件唤醒主控模块2。

如图3所示，为本发明预防近视和颈椎病的装置主动分析模式的***流程图，包括如下步骤：

步骤201，用户选择该模式后，主控模块2中的智能模块会调取采集模块中微机械***运动传感模块采集的头部运动和姿态数据；同时，还调取存储模块中存储的姿态和运动决策树算法依赖和训练数据，智能模块会将两组数据进行逻辑处理。

步骤203，经过上面逻辑处理，判断用户当前的使用状态。

步骤204，如果通过上述判断，***没有识别用户的使用状态，则进入步骤205，智能模块通过持续监控微机械***运动传感模块采集的用户的头部运动和姿态数据，对其持续判断。仍不能确定，则进入步骤206，智能模块通过持续监控微机械***运动传感模块采集的用户的头部运动和姿态数据。如果通过对用户头部运动和姿态数据可以确定用户的使用状态，则进入步骤207。

步骤207，通过上述处理，可确定用户的使用状态，譬如：坐着，仰躺，侧躺。

步骤209，当确定用户的使用状态后，智能模块将根据确定的使用状态，从存贮模块中调取该状态下的可配置标准数据；同时，智能模块对采集模块中距离、光强、微机械***运动传感模块采集的数据进行逻辑分析，等出结果。

步骤210，智能模块调取存储模块中标准误差数据，与步骤209分析计算的结果进行对比。如果结果低于告警门限，则返回主动分析模式；如果结果高于告警门限，则发出告警信号，进入告警模式。

值得一提的是，在步骤209中智能模块调取的可配置标准数据是实时更新的。这样，才能有效的及时根据用户当前的使用状态来选择对比数据，使结构更加准确，其步骤为：

步骤202，在步骤203判断出用户的使用状态的同时，智能模块仍通过步骤201判断用户当前的使用状态。

步骤208，通过判断出当前的使用状态后，智能模块根据最新判断的使用状态，调取存储模块中该当前使用状态的可配置标准数据，并对步骤209中的可配置标准数据进行更新。

重复上述步骤，实现本装置主动分析，实时监控的目的。

如图4所示，为本发明预防近视和颈椎病的装置省电模式的流程图。其包括如下步骤：

步骤301，距离传感模块，光强传感模块，微机械***运动传感模块对采集的数据，会按照内置的标准，进行初判断，通过所采集的数据是否超过预先设定的报警门限，判断当前用户使用状态是否良好。

步骤302，通过上述判断，距离传感模块，光强传感模块，微机械***运动传感模块分别得到三种判断结果：全部数据低于报警门限，某一或全部数据高于告警门限，全部数据保持不变。

如果全部数据低于报警门限，则本装置认为用户当前使用状态良好，本装置返回省电模式。

步骤303，当某一或全部数据高于预先设定的告警门限时，距离传感模块，光强传感模块，微机械***运动传感模块中的某一或全部将中断，发出唤醒主控模块2的信号。

步骤304，当距离传感模块，光强传感模块，微机械***运动传感模块所采集的数据在持续一定时间内保持不变。则***默认为,用户长时间处于同一状态或者用户没有使用本装置，采集模块中的定时模块中断，向主控模块2发出唤醒信号。

步骤305，当主控模块2接到步骤303和步骤304的唤醒信号时，主控模块2唤醒，智能模块对采集模块新采集的数据进行分析，根据分析结果判断是否发出告警。当再次判断的结构依旧高于告警门限，则进入告警模式；如果判断的结果符合标准，也就是低于告警门限，则返回省电模式。

需要指出的，在省电模式下，本装置依然可以简单判断用户的使用状态，主要是根据微机械***运动传感模块采集的头部运动和姿态数据。在省电模式下，根据三轴加速度传感器采集到的X，Y，Z三个方向的重力分量计算姿态。三个重力矢量分别为Ax，Ay，Az。三个矢量的和成矢量为A。通过矢量A与X，Y，Z三轴中那个轴接近，判断用户的姿态。

重复上述过程，完成本装置在省电模式下的运行。

如图5，为本发明预防近视和颈椎病的装置告警模式的流程图。

在本装置主动分析模式和省电模式汇中，本装置发出告警，则进入告警模式。

其分以下步骤：

步骤401，告警模块接到报警信号后，发出告警提示。譬如，发出声、光、振动中一种或几种警示方式。值得一提的是，本装置的告警提示还有其他方式，譬如眼镜警示方式，是通过将可控制透明度的液晶屏贴在眼镜片表面，当发出告警时，对该液晶屏通电，并通过调节电流电压的大小控制其透明度。本装置中主控模块2还能通过电子电气标准的传输总线，将告警的文字、图片、符号之一或任意组合的信息传送到液晶屏上显示，告警信息可以在液晶屏移动显示，也可以在固定位置显示。告警方式的众多，更能有效的提醒用户及时纠正不良的生活、工作习惯，充分实现装置预防近视和颈椎病的目的。

步骤402，发出告警提示后，当用户根据提示采取纠正，采集模块对用户纠正后的数据进行采集，智能模块对该数据进行步骤210或步骤305的分析，判断结果低于告警门限时，则停止报警，本装置重新进入主动分析模式或省电模式。

步骤403，如果报警提示发出后，用户没有纠正或者经用户纠正后，本装置仍认为用户处于不良的状态中，则持续告警。

上述为本装置的基本功能实现运行过程，当然本装置还能实现其他的功能。本装置主控模块2中还包括自动配置模块，用户可根据自身情况不同，设置可配置标准数据，用于作为告警判断的标准数据。由于初始配置的标准数据并不一定能完全符合不同用户的需求标准，故通过用户自身设定符合自己实际情况的可配置标准数据，可以使本装置的判断更加准确，实现更好的预防作用。如图1所示，本装置还配置了通讯模块5，通过通讯模块5可以和安装相应软件的主机保持通讯，在该主机上改变本装置的参数；不但如此，如果用户长时间操作该主机，本装置会通过通讯模块5将告警信息显示在的屏幕上；此外，主控模块2还包括强制休息模块，当上面所述的告警信息在屏幕上显示，用户仍不及时纠正时，强制休息模块接到主控模块2发出的强制休息指令，通过通讯模块5，传输到主机上，主机的屏幕将被锁定或变黑，致使用户无法继续操作。所述主机，即为智能的移动终端，譬如，智能手机，电脑等。

为了使用户养成健康的生活和工作习惯，本装置主控模块2中还配置了健康指数评估模块，该模块会对采集模块一段使用时间内采集的数据进行汇总、整理和分析，将该区间内，用户的使用状态通过意见和图表的形式，通过通讯模块5，显示在主机的屏幕上，使用户非常直观的体会到自己的生活和工作习惯，可在以后的生活、工作中加以借鉴。此外，根基用户的关注度不同，也就是说，对于年轻的用户可能会同时关注对视力和颈椎病的预防；而对于年龄较大的用户，可能只关注颈椎病的预防，故健康指数评估模块能够根据用户的选择，对不同的数据进行汇总、整理和分析。譬如，只关注颈椎病的用户，可以只整理距离数据和头部运动和姿态数据，给出意见或图表。对于即关注视力又关注颈椎病的用户，对距离传感模块、光强传感模块和微机械***运动传感模块所采集的数据均整理、汇总和分析，得出准确的意见和图表等分析报告。

考虑到用户在本装置电量过低时，无法找到电源进行充电，从而致使本装置不能使用，故本装置还配置的发电模块，可通过动能或太阳能为本装置进行充电。

由于装置的频繁报警，会导致用户的厌烦，故本装置中主控模块2也具有延时报警的功能。当对于变化比较缓慢的采集数据，譬如光强传感器采集的光强数据，当其一旦高于报警门限，主控模块2就立即发出告警信号，告警模块接收到告警信号，立即发出告警提示；而相对于变化较频繁的采集数据，譬如距离传感模块采集的距离数据，或者微机械***运动传感模块采集的头部运动和姿态的数据，连续检测该数据一定次数或一段时间，综合该区间内的该数据的平均值，依然高于告警门限，主控模块2则发出告警信号，告警模块接收到该告警信号，发出告警提示。

本装置还包括旋转夹具，其连接在本装置的外部，当本装置通过旋转夹具固定在眼睛或其它头部附着物上时，通过调节旋转夹具，可以有效的使本装置采集数据的方向更能接近于用户视线的方向，使采集的数据更加精准，最终得出准确可靠的结果。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预防近视和颈椎病的装置，包括数据采集模块（1）、主控模块（2）、警示模块（3）；所述数据采集模块（1）包括距离传感模块，所述距离传感模块用于采集眼睛与使用目标物的距离；所述主控模块（2）包括存储模块、智能运算模块；所述警示模块（3），用于接收主控模块（2）发出的告警信号后，发出报警，提示用户注意；其特征在于，还包括电源模块（4）；所述数据采集模块（1）与所述主控模块（2）相连，所述主控模块（2）与所述警示模块（3）相连，所述电源模块（4）为本装置提供电源供应和充电管理；各模块通过数据总线接收和发送数据或指令；

所述数据采集模块（1），还包括光强传感模块和微机械***运动传感模块；所述光强传感模块用于收集环境光强度数据；所述微机械***运动传感模块用于采集头部运动和姿态的数据；

所述主控模块（2），配置为主动分析模式；所述存储模块用于存储数据采集模块（1）采集到的数据、可配置标准数据、标准误差数据、姿态和运动决策树算法依赖和训练数据；所述智能运算模块调取存储模块中微机械***运动传感模块采集的数据和存储模块中存储的姿态和运动决策树算法依赖和训练数据，并对两组数据进行逻辑处理，判断用户当前的使用状态；当确定用户当前的使用状态后，智能运算模块从存储模块中调取用户在不同使用状态下的可配置标准数据，智能运算模块将采集模块采集的数据计算出的结果，与可配置标准数据进行对比，若计算出的数据和所述可配置标准数据绝对值之差大于标准误差数据，智能运算模块发出告警信号；在智能运算模块判断是否发出告警信号的同时，智能运算模块仍持续判断用户当前的使用状态，不断更新判断所依据的数据。

2.根据权利要求1所述的预防近视和颈椎病的装置，其特征在于，若智能运算模块无法确定用户的使用状态，则其持续对采集模块采集的数据进行监控；一旦确定用户的使用状态，则对采集模块采集的数据进行计算和判断，根据判断结果，决定是否发出告警信号。

3.根据权利要求1所述的预防近视和颈椎病的装置，其特征在于，所述主控模块（2）还能配置为省电模式；在该状态下，数据采集模块（1）还包括定时模块；距离、光强和微机械***运动传感模块都被配置为周期性自动监视状态，并对其采集的数据进行先处理，采集的数据经分析超出预先设置的警示范围，则发出唤醒主控模块（2）信号，唤醒主控模块（2），主控模块（2）对数据采集模块（1）重新采集的数据进行再计算，若其计算出的数据和所述可配置标准数据绝对值之差大于标准误差数据，智能运算模块发出告警信号，否则，主控模块（2）重新进入省电模式；若距离、光强和微机械***运动传感模块采集的数据在一定时间内保持不变，则定时模块向主控模块（2）发出唤醒信号，唤醒主控模块（2），主控模块（2）对数据采集模块（1）重新采集的数据进行计算，若采集的数据仍在一定时间内保持不变，则发出告警信号，否则，主控模块（2）重新进入省电模式。

4.根据权利要求1或3所述的预防近视和颈椎病的装置，其特征在于，所述主控模块（2）还包括自动配置模块，根据用户当前状态下测量的数据设定可配置标准数据，存储在存储模块中，用于作为告警判断的标准数据。

5.根据权利要求1或3所述的预防近视和颈椎病的装置，其特征在于，所述警示模块（3）根据主控模块（2）发出的告警信号指令，发出声、光、振动中一种或几种警示方式。

6.根据权利要求5所述的预防近视和颈椎病的装置，其特征在于，所述警示模块（3）还包括眼镜警示方式，将可控制透明度的液晶屏贴在眼镜片表面，当发出告警时，对其通电，并通过调节电流电压的大小控制其透明度；所述主控模块（2）还能通过电子电气标准的传输总线，将告警的文字、图片、符号之一或任意组合的信息传送到液晶屏上显示，告警信息可以在液晶屏移动显示，也可以在固定位置显示。

7.根据权利要求1或3所述的预防近视和颈椎病的装置，其特征在于，本装置还包括通讯模块（5），用户通过主机改变本装置配置参数；且通讯模块（5）还能将主控模块（2）发出的指令传输到主机上，使告警信息显示在主机的屏幕上。

8.根据权利要求7所述的预防近视和颈椎病的装置，其特征在于，所述主控模块（2）还包括强制休息模块和/或健康评估模块，若经告警后的一定时间内，用户没有采取相应的调整措施，主控模块（2）可以发出强制休息指令，强制休息指令经所述通讯模块（5）传输到主机上，使主机的屏幕被锁定或变黑；健康评估模块通过对一段时间内所收集的数据进行统计整理；将整理后的评估健康指数和改进意见显示在主机的屏幕上；健康评估模块还能根据用户的输入信息和主控模块（2）计算出的数据进行逻辑运算，根据不同用户的需求，采用不同的参数和算法，给出针对用户所关注的健康指数和意见。

9.根据权利要求1或3所述的预防近视和颈椎病的装置，其特征在于所述电源模块（4）还包括发电模块，通过动能或太阳能为本装置充电；本装置还包括旋转夹具，通过调整夹具使传感模块探头的方向接近视线方向。

10.根据权利要求1或3所述的预防近视和颈椎病的装置，其特征在于，所述主控模块（2）根据不同的采集数据，采取不同的延时告警时间；对于变化缓慢的变量，一旦检测到告警信息就立即发出告警信号；对于变化较快的变量，连续检测到一定次数或一定时间的告警信息时，才发出告警信号。

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