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妇产科超声影像学

全栈式自动盆底超声与手动方式获取并测量最小肛提肌裂孔平面的一致性评价

  • 叶婷婷 1 ,
  • 李清莹 2 ,
  • 陈华 3 ,
  • 曾华萍 3 ,
  • 王诗雅 3 ,
  • 巫敏 3 ,
  • 郭娟 3 ,
  • 陈梦华 3 ,
  • 唐婵贤 3 ,
  • 梁凤婷 4 ,
  • 王慧芳 , 3,
展开
  • 1.518055 深圳大学总医院超声科;518035 深圳市第二人民医院超声科
  • 2.518035 深圳市第二人民医院超声科;518107 深圳,中山大学附属第七医院超声科
  • 3.518035 深圳市第二人民医院超声科
  • 4.523320 东莞市第三人民医院超声科
通信作者:王慧芳,Email:

Copy editor: 汪荣

收稿日期: 2024-01-09

  网络出版日期: 2024-09-11

基金资助

深圳市医疗卫生三名工程(SZSM201612027)

深圳市医学重点学科(SZXK052)

版权

未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计,除非特别声明,本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。本刊为电子期刊,以网刊形式出版。

Consistency of full-stack smart pelvic floor ultrasound and manual method in obtaining and measuring the minimum levator hiatus plane

  • Tingting Ye 1 ,
  • Qingying Li 2 ,
  • Hua Chen 3 ,
  • Huaping Zeng 3 ,
  • Shiya Wang 3 ,
  • Min Wu 3 ,
  • Juan Guo 3 ,
  • Menghua Chen 3 ,
  • Chanxian Tang 3 ,
  • Fengting Liang 4 ,
  • Huifang Wang , 3,
Expand
  • 1.Department of Ultrasound, Shenzhen University General Hospital, Shenzhen 518055, China; Department of Ultrasound, Shenzhen Second People's Hospital, Shenzhen 518035, China
  • 2.Department of Ultrasound, Shenzhen Second People's Hospital, Shenzhen 518035, China; Department of Ultrasound, the Seventh Affiliated Hospital, Sun Yat-sen University, Shenzhen 518107, China
  • 3.Department of Ultrasound, Shenzhen Second People's Hospital, Shenzhen 518035, China
  • 4.Department of Ultrasound, Dongguan Third People's Hospital, Dongguan 523320, China
Corresponding author: Wang Huifang, Email:

Received date: 2024-01-09

  Online published: 2024-09-11

Copyright

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摘要

目的

探讨全栈式自动盆底超声与手动方式获取并测量最小肛提肌裂孔(LH)平面的一致性。

方法

前瞻性选取2020年11月至2021年1月在深圳市第二人民医院进行盆底超声检查的产后6个月内的女性119例为研究对象。应用腹部容积探头经会阴采集患者在静息状态下和最大Valsalva动作下以盆底正中矢状切面为初始切面的三维容积数据,并存储于超声诊断仪中。由2名年轻医师(手动测量年轻医师组)、2名高年资医师(手动测量高年资医师组)分别调取三维容积数据手动获取并测量最小LH平面。由另一名年轻医师(自动测量组)调取三维容积数据利用FSPFU软件一键自动获取并测量最小LH平面,间隔2周后重复测量1次。测量参数为:最小LH的面积、周长、前后径、左右径、左侧肛提肌尿道间隙和右侧肛提肌尿道间隙。记录3组获取并测量最小LH平面所用的时间及测量的结果。采用组间相关系数(ICC)和Bland-Altman图评估3组测量结果的一致性。将3组获得的最小LH轮廓导出,离线计算组间的重合率。

结果

静息状态和Valsalva动作下,均为自动测量组耗时最短[2.67(0.15)s和2.68(0.13)s],与手动测量高年资医师组和年轻医师组相比,组间差异均有统计学意义(P均<0.001)。自动测量组与手动测量年轻医师组、高年资医师组间3个参数测值的一致性均好,静息状态下ICC范围0.795~0.931、Valsalva动作下ICC范围0.871~0.973(P均<0.001)。手动测量组与自动测量组间的最小LH面积、前后径、左右径的Bland-Altman图显示,大部分散点都在95%一致性界限内,表明一致性良好。自动测量组与手动测量组(年轻医师组、高年资医师组)的最小LH轮廓重合率分别为静息状态下:0.937、0.948,Valsalva状态下:0.934、0.945,自动测量组与手动测量高年资医师组间重合率高于与手动测量低年资医师组重合率,差异有统计学意义(P均<0.05)。

结论

FSPFU软件能够在腹部三维容积数据中快速自动获取并测量最小LH平面,与手动测量结果一致性好,且操作简单、节省时间、测量结果可靠,可作为辅助诊断盆底功能障碍性疾病的有效方法。

本文引用格式

叶婷婷 , 李清莹 , 陈华 , 曾华萍 , 王诗雅 , 巫敏 , 郭娟 , 陈梦华 , 唐婵贤 , 梁凤婷 , 王慧芳 . 全栈式自动盆底超声与手动方式获取并测量最小肛提肌裂孔平面的一致性评价[J]. 中华医学超声杂志(电子版), 2024 , 21(08) : 794 -801 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2024.08.008

Abstract

Objective

To evaluate the consistency of full-stack smart pelvic floor ultrasound (FSPFU) and manual method in obtaining and measuring the minimum levator hiatus (LH) plane.

Methods

From November 2020 to January 2021, 119 women within 6 months after delivery who underwent pelvic floor ultrasound examination at Shenzhen Second People's Hospital were prospectively selected as the research subjects. Using the abdominal volume probe to set the midsagittal plane of pelvic floor as the initial plane, the three-dimensional volume data at rest and during the Valsalva maneuver were acquired and stored in the ultrasonic diagnostic instrument. Two young physicians (young physician manual measurement group) and two senior physicians (senior physician manual measurement group) retrieved the three-dimensional volume data to manually obtain and measure the minimum LH plane. Another young physician (automatic measurement group) retrieved the three-dimensional volume data and used the FSPFU software to automatically obtain and measure the minimum LH plane with one click, and the measurement was repeated once after an interval of 2 weeks. The measurement parameters of the minimum LH include area, circumference, anterioposterior diameter, transverse diameter, left-levator-urethra gap, and right-levator urethral gap. The time and results of obtaining and measuring the minimum LH plane were recorded for each group. The interclass correlation coefficient (ICC) and Bland-Altman plot were used to evaluate the consistency among the three groups. The Dice coefficient of the minimal LH contour outlined by the three groups was calculated.

Results

The automatic measurement group took the shortest time both at rest and during the Valsalva maneuver [2.67 (0.15) s and 2.68 (0.13) s, respectively] compared with the two manual measurement groups (P<0.001). The consistency of the three parameters between the automatic measurement group and the two manual measurement groups was good. The ICC ranged from 0.795-0.931 in the resting state and from 0.871-0.973 during the Valsalva maneuver (P<0.001). The Bland Altman plot also showed good consistency among the groups. The Dice coefficient of the minimal LH outlined contours of the automatic group and the two manual measurement groups (young physician group and senior physician group) were 0.937 and 0.948 in the resting state and 0.934 and 0.945 in the Valsalva state, respectively; the Dice coefficient between the automatic measurement group and the senior physician group was higher than that between the automatic measurement group and the young physician group (P<0.05).

Conclusion

FSPFU can quickly and automatically obtain and measure the minimum LH plane based on the three-dimensional volume data of the abdomen. It is simple to operate, has reliable measurement results, and can be used as an effective and time-saving method to assist in the diagnosis of pelvic floor dysfunction diseases.

女性盆底功能障碍性疾病包括盆腔器官脱垂、尿失禁、性功能障碍等一系列综合征,其发病率逐年上升[1],困扰着女性的身心健康,又被称为"社交癌"。肛提肌裂孔(levator hiatus,LH)是评估女性盆底功能障碍性疾病的重要指标,其是由两侧耻骨支下缘、耻骨联合(symphysis pubis,SP)下缘以及两侧"U"型的耻骨直肠肌(puborectalis,PR)内侧缘共同围成。Dietz等[2]提出当LH面积>25 cm2时认为裂孔存在异常扩张。裂孔的增大和盆腔器官脱垂的严重程度相关[3,4]。盆底解剖结构复杂,超声检查手动获取并测量最小LH步骤繁琐、耗时长且对操作者的经验要求较高。为简化操作流程,缩短检查时间,减少主观误差,研究者一直致力于盆底超声的推广和智能盆底超声的研发。目前已证实全栈式自动盆底超声(full-stack smart pelvic floor ultrasound,FSPFU)在腔内三维容积超声中可以一键自动获取并测量最小LH平面[5]。目前,国内外的盆底超声检查实践指南[6,7]均推荐采用经腹凸阵三维容积探头检查,本研究旨在探讨应用腹部探头进行FSPFU与手动方式获取并测量最小LH平面的一致性评价。

资料与方法

一、对象

从2020年11月至2021年1月在深圳市第二人民医院进行盆底超声检查的产后6个月内的女性中,获取能完成有效的Valsalva动作(屏气用力向下增加腹压的动作)的119例为研究对象。所有受检者均有性生活史。排除不能完成有效的Valsalva动作者、产后恶露持续存在或产后出血者、患有泌尿生殖系统急性炎症者和近期有盆底相关手术史者。纳入对象的年龄22~42岁,平均年龄(30.85±0.35)岁;体重44~80 kg,平均体重(58.34±7.85)kg;身高150~174 cm,平均身高(160.17±4.70)cm。应用经会阴盆底超声对膀胱后壁膨出程度进行分度[5]:0 ~Ⅰ度17例,Ⅱ度68例,Ⅲ度34例。本研究经深圳市第二人民医院科研伦理委员会审查通过(批件号:20210202001-FS02)。临床试验注册编号:中国临床试验注册中心(ChiCTR2100049163)。本研究是一项前瞻性研究,所有受检者均经知情同意告知。

二、仪器与方法

1.仪器:

Nuewa R9迈瑞彩色多普勒超声诊断仪(内置FSPFU软件),腹部三维容积探头(频率2~8 MHz,最大扫查角度85°),配备Matlab R2018b离线软件。

2.盆底超声检查:

操作前先点击盆底超声预设模式,将三维腹部容积探头置于患者阴道口并紧贴皮肤,嘱受检者放松,动作尽可能轻柔。取盆底正中矢状切面,从前到后清晰显示SP、尿道、膀胱、阴道、肛管等结构(图1)。启动"3D"按钮,首先得到受检者静息状态下盆底结构的原始三维容积图像并储存在机器上。接着指导受检者做2~3次最大Valsalva动作并坚持直至在盆底正中矢状切面完成原始图像采集,获取每位受检者最大Valsalva动作时的最佳图像并储存在机器上。
图1 标准的盆底正中矢状切面盆底超声图像

3.最小LH平面的获取和测量方法:

(1)手动测量:共4位经过盆底超声系统培训的医师进行手动测量,其中2位为盆底超声检查经验不足1年的年轻医师1和2(年轻医师组),另2位为盆底超声检查经验超过5年的高年资医师3和4(高年资医师组)。2组医师互相独立手动调节原始三维容积图像的三维感兴趣区下缘,经过SP下缘和PR前缘获得最小LH平面,并在该平面测量以下6项参数:面积(两侧PR内侧缘、两侧耻骨支和SP下缘围成的面积)、周长(面积所在范围的周长)、前后径(SP下缘中点与PR后缘最低点之间的距离)、左右径(LH的最大横径)、左侧肛提肌尿道间隙(左侧肛提肌附着点与尿道中心的距离)、右侧肛提肌尿道间隙(右侧肛提肌附着点与尿道中心的距离,图2),并记录从开始获取最小LH平面至测量6项参数结束所用的检查耗时。(2)自动测量:由另一位年轻医师5(自动测量组)应用FSPFU软件进行两次自动测量,在原始三维容积图基础上点击超声仪器操作屏的"自动盆底"键,即可获取最小LH平面及上述6项参数(图3)。两次自动测量间隔的时间至少2周以上,并且每次测量的图像都是原始三维容积图。记录从按下"自动盆底"键至获得6项参数的检查耗时。
图2 肛提肌裂孔(LH)盆底超声图像。图a为静息状态下人工测量;图b为Valsalva动作下人工测量

注:1距离为前后径;2距离为左右径;3距离为右侧肛提肌尿道间隙;4距离为左侧肛提肌尿道间隙

图3 肛提肌裂孔(LH)全栈式自动盆底超声(FSPFU)图像。图a为FSPFU软件自动测量静息状态下LH;图b为FSPFU软件自动测量Valsalva动作下LH

注:LUG-1为右侧肛提肌尿道间隙;LUG-2为左侧肛提肌尿道间隙

4.离线分析最小LH轮廓重合率(Dice):

使用Matlab软件离线计算手动测量年轻医师组和高年资医师组分别与自动测量组勾勒的最小LH轮廓的重合率[8]

三、统计学分析

应用SPSS 27.0及Medcalc软件进行统计学分析。不符合正态分布的计量资料以MQR)表示,使用非参数检验方法分析,其中组间耗时比较采用Kruskal-Wallis H检验,重合率比较采用Mann-Whitney U检验。不同测量组间结果的一致性采用组内相关系数(interclass correlation efficient,ICC)和Bland-Altman图进行评估,0.4<ICC<0.75提示一致性一般;ICC>0.75提示一致性好,ICC值越接近1,一致性越高。以P<0.05为差异有统计学意义。

结果

一、不同测量组间耗时比较

静息状态下和Valsalva动作下,均为自动测量组耗时最短,手动测量高年资医师组的耗时较年轻医师组短,组间差异均有统计学意义(P均<0.001,表1)。
表1 静息状态和Valsalva动作下手动测量与自动测量组间获取并测量最小LH参数的耗时比较[s,MQR)]
不同测量状态 年轻医师组(n=238) 高年资医师组(n=238) 自动测量组(n=238) H P
静息状态 80.68(27.60)ab 65.12(16.51)a 2.67(0.15) 516.86 <0.001
Valsalva动作 81.76(23.27)ab 63.64(17.67)a 2.68(0.13) 521.58 <0.001

注:LH为肛提肌裂孔;与自动测量组比较,aP<0.001;与高年资医师组比较,bP<0.001

二、不同测量者间的参数测量结果

共纳入119例受检者,不同测量者间静息状态及Valsalva动作下的LH面积、前后径、左右径测量值见表2
表2 不同医师静息状态及Valsalva动作下最小LH相关参数的测量值[MQR)]
医师 静息状态下LH参数[n=119,MQR)] Valsalva动作状态下LH参数[n=119,MQR)]
面积(cm2 前后径(cm) 左右径(cm) 面积(cm2 前后径(cm) 左右径(cm)
年轻医师1 13.17(3.50) 4.60(0.98) 3.98(0.62) 17.62(8.41) 5.32(1.50) 4.33(0.75)
年轻医师2 13.41(3.74) 4.66(0.90) 3.97(0.57) 17.92(7.49) 5.42(1.41) 4.32(0.84)
高年资医师3 14.13(3.39) 4.77(0.86) 4.05(0.59) 18.93(8.65) 5.46(1.49) 4.36(0.84)
高年资医师4 13.91(3.82) 4.70(0.78) 4.00(0.65) 17.64(8.51) 5.40(1.27) 4.27(0.80)
自动测量第1次 14.28(3.47) 4.78(0.89) 4.27(0.73) 19.56(9.35) 5.40(1.42) 4.77(0.94)
自动测量第2次 14.28(3.47) 4.78(0.89) 4.27(0.73) 19.56(9.35) 5.40(1.42) 4.77(0.94)

注:LH为肛提肌裂孔

三、不同测量组间的一致性分析

自动测量组与手动测量组间以及两个手动测量组间静息状态及Valsalva动作下最小LH面积、前后径、左右径的ICC值结果见表3。自动测量组与手动测量年轻医师组、高年资医师组间3个参数测值的一致性均好,静息状态下ICC范围0.795~0.931、Valsalva动作下ICC范围0.871~0.973(P均<0.001)。手动测量年轻医师组与高年资医师组间3个参数测值的ICC值范围静息状态下为0.732~0.896;Valsalva动作下为0.876~0.944(P均<0.001)。
表3 各组间静息状态及Valsalva动作下最小LH面积、前后径、左右径测量值的一致性结果
参数 静息状态下 Valsalva动作下
ICC 95%CI P ICC 95%CI P
手动测量年轻医师组与自动测量组            
面积 0.868 0.833~0.896 <0.001 0.941 0.924~0.954 <0.001
前后径 0.930 0.910~0.945 <0.001 0.936 0.919~0.950 <0.001
左右径 0.795 0.743~0.838 <0.001 0.871 0.837~0.899 <0.001
手动测量高年资医师组与自动测量组            
面积 0.910 0.885~0.929 <0.001 0.973 0.965~0.979 <0.001
前后径 0.931 0.912~0.946 <0.001 0.971 0.962~0.977 <0.001
左右径 0.814 0.767~0.853 <0.001 0.889 0.859~0.913 <0.001
手动测量年轻医师组与高年资医师组            
面积 0.852 0.813~0.884 <0.001 0.936 0.918~0.958 <0.001
前后径 0.896 0.867~0.918 <0.001 0.944 0.928~0.956 <0.001
左右径 0.732 0.667~0.786 <0.001 0.876 0.843~0.903 <0.001

注:CI为置信区间;LH为肛提肌裂孔;ICC为组内相关系数

手动测量组(年轻医师组和高年资医师组)与自动测量组间的最小LH面积、前后径、左右径的Bland-Altman图显示,大部分散点都在95%一致性界限内,前后径的差值均数(-0.04~-0.14)和左右径的差值均数(-0.22~-0.43)都很接近0,面积的差值均数(-0.60~-1.90)与同类别研究对比[9],是在临床可接受范围,即自动测量组与手动测量组间的测量一致性良好(图4)。
图4 手动测量组与自动测量组肛提肌裂孔参数测量的Bland-Altman图。图a,b分别为静息状态下手动测量年轻医师组、高年资医师组与自动测量组间面积的Bland-Altman图;图c,d分别为静息状态下手动测量年轻医师组、高年资医师组与自动测量组间前后径的Bland-Altman图;图e,f分别为静息状态下手动测量年轻医师组、高年资医师组与自动测量组间左右径的Bland-Altman图;图g,h分别为Valsalva动作下手动测量年轻医师组、高年资医师组与自动测量组间面积的Bland-Altman图;图i,j分别为Valsalva动作下手动测量年轻医师组、高年资医师组与自动测量组间前后径的Bland-Altman图;图k,l分别为Valsalva动作下手动测量年轻医师组、高年资医师组与自动测量组间左右径的Bland-Altman图

注:D1为年轻医师组;D2为高年级医师组;D3为自动测量组

四、不同测量组间轮廓重合率分析

自动测量组与手动测量组(年轻医师组、高年资医师组)的最小LH轮廓重合率分别为静息状态下:0.937、0.948,Valsalva状态下:0.934、0.945,并且自动测量组与手动测量高年资医师组间重合率高于自动测量组与手动测量低年资医师组,差异有统计学意义(P均<0.05,表4)。
表4 自动测量组与手动测量组最小LH轮廓重合率[MQR)]
不同状态 手动测量年轻医师组与自动测量组 手动测量高年资医师组与自动测量组 Z P
静息状态下 0.937(0.034) 0.948(0.028) -4.165 <0.001
Valsalva动作下 0.934(0.038) 0.945(0.039) -3.708 <0.001

注:LH为肛提肌裂孔

讨论

盆底超声是目前盆底检查的重要影像学方法,已普遍应用于临床,关于超声在盆底检查中的应用指南及规范[6,7,10,11,12,13,14,15,16,17]也相继发布。盆底三维、四维超声可实时、动态、立体地对盆底结构进行成像和观察,为判断盆底组织损伤的情况和程度提供更多的信息[18]。人工获取最小LH容积图像需要医师手动调整感兴趣区的大小并且调整X、Y、Z轴。感兴趣区过大或过小均会导致图像质量差、伪像增多以及图像分辨率降低,最终使得测量结果的准确性降低。而且手动测量最小LH的轮廓,操作流程繁琐、耗时长且人为误差大。FSPFU软件可一键快速地获取并测量最小LH平面,大大提高盆底超声检查的效率。因此,本研究在既往研发的FSPFU软件基础上进一步对自动测量与手动测量的一致性进行探讨。
FSPFU软件自动测量的原理是计算机根据算法已经获得的学习模型结合图像的灰度和对比度等进行结构的识别,它的识别模式是固定的,测量时不受测量者干扰。自动测量组在同一状态下两次测量的结果完全一致,也证明了这一点,即对于同一个未做任何处理的肛提肌裂孔三维容积数据,FSPFU软件的测量策略都是固定的,测量结果不会受观察者间或者观察者自身的影响,说明自动测量的重复性好。
研究结果显示,同一状态下,自动测量组与手动测量组(年轻医师组、高年资医师组)以及手动测量组间(年轻医师组与高年资医师组)的测量一致性均>0.7,说明FSPFU软件的测量结果与手动测量的一致性好,测量结果准确可靠。
由Bland-Altman图可以发现,3个参数测值的差值均数均小于0,即自动测量的测值均比手动测量的测值大,自动测量组和手动测量组前后径的差值均数最接近0,左右径次之,说明自动测量与手动测量的前后径、左右径一致性好。对于面积的测量,FSPFU软件比手动测量的结果要大0.6~1.9 cm2,与Sindhwani等[9]研究的半自动分割法测量面积结果(半自动算法比手动测量大2.5 cm2,手动测量者间差值均数为-2.26,-4.61)对比,本研究面积的差值均数在临床可接受范围内。因此,Bland-Altman图表明自动测量的面积、前后径、左右径测值与手动测值一致性良好。
此外,在Bland-Altman图中可以发现,同一状态下,自动测量组与手动测量高年资医师组3个参数的差值均数均比自动测量组与手动测量年轻医师组的差值均数小,说明FSPFU软件测量的结果与手动测量高年资医师的差值更小,测量结果更接近。而且,自动测量组与高年资医师组的最小LH轮廓重合率(0.945~0.948)比自动测量组与手动测量年轻医师组的重合率(0.934~0.937)高,表明FSPFU软件勾勒的最小LH裂孔平面与手动测量高年资医师组的更接近,进一步支持FSPFU软件测量的结果与手动测量高年资医师测量结果更接近。
FSPFU软件在腹部三维容积探头中的应用表明:第一,FSPFU软件可以明显缩短检查时间。仅需不到3 s的时间就可获取最小LH并完成参数的测量,比手动组节省了95%以上的时间。第二,FSPFU软件重复性好。FSPFU软件测量不受人为识别的主观因素影响,对于未做任何处理的同一LH三维容积数据,前后多次测量的结果一致。第三,自动测量的结果可信度好。自动测量和手动测量一致性好,并且自动测量组与手动测量高年资医师组轮廓勾勒的重合率也更高,说明FSPFU软件测量的结果是可信的。因此,本研究证实了FSPFU软件在腹部三维容积探头的应用具有高效省时、结果可信度好、重复性好的优点,可以取得与高年资医师手动测量一致的效果,且测量效率显著优于手动测量。
本研究发现FSPFU软件自动测量比手动测量的测值偏大,考虑是因为FSPFU软件的开发基础是人工测量,人工测量本身存在的一致性差异也会被FSPFU软件学习,但是本研究结果显示,这种差异在临床可接受范围内。针对这一情况,FSPFU软件设置有"编辑"功能对测量结果进行人为调整,移动光标可以调整需要编辑的标记点,最后得到满意的测量结果。
本研究尚存在一定的局限性:(1)纳入的图像都是LH显示清晰的,对于裂孔显示不完全的图像无论是自动测量还是手动测量的误差均存在不可控的因素,因此并未纳入本研究。(2)本研究主要是研究腹部探头的数据,并未与腔内数据做比较。(3)本研究未对肛提肌尿道间隙数据进行详细分析,主要原因是考虑在LH三维图像上观察左右两侧肛提肌尿道间隙是否对称仅可初步判断肛提肌是否有损伤,其具体测值的分析需要在三维断层成像上进一步完善。此外,考虑到女性盆底功能障碍性疾病的严重程度是在最大Valsalva动作时评估,因此本研究未将缩肛状态纳入研究,有待后续研究进一步完善。
综上所述,FSPFU软件能够在腹部三维容积数据中快速自动获取并测量最小LH平面,与手动测量结果一致性好,且操作简单、节省时间、测量结果可靠,可作为辅助诊断盆底功能障碍性疾病的有效方法。
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