Rein artificiel ou dialyseur

Dossier technique Rein artificiel
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Rein artificiel
ou
dialyseur
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1) FONCTION D’UN REIN...................................................................................................3
2) TRAITEMENTS POSSIBLES EN CAS D’INSUFFISANCE RENALE.............................3
3) PRINCIPES DE L'HEMODIALYSE. ................................................................................3
31) PRESENTATION. ........................................................................................................................ 3
32) QUELQUES CHIFFRES. ............................................................................................................... 4
4) PRESENTATION DE LA MAQUETTE DIDACTISEE DU LABORATOIRE....................5
41) LES DIVERS CIRCUITS................................................................................................................ 5
42) LE REIN ARTIFICIEL (A FIBRES CREUSES). ................................................................................... 6
43) LE CIRCUIT « SANG ». ............................................................................................................... 6
44) LE CIRCUIT « DIALYSAT ACTIF ». ................................................................................................ 7
45) LE CIRCUIT « PREPARATION DU DIALYSAT »................................................................................ 7
46) LES INSTRUMENTS DE MESURE. ................................................................................................. 8
461) Capteurs de pression......................................................................................................... 8
462) Débitmètres (à turbine). ..................................................................................................... 8
463) Eprouvette graduée. .......................................................................................................... 8
5) MISE EN SERVICE DE LA MAQUETTE. .......................................................................9
6) CARTE D’ACQUISITION « DIGIMETRIE » ET LOGICIEL D’EXPLOITATION
« DIGIVIEW ». ...................................................................................................................11
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1) Fonction d’un rein.
Pour un poids de 300g, les reins reçoivent un débit sanguin de 1,2  /min ; soit près du quart du débit
cardiaque (4  /min pour un individu moyen au repos).
Leur rôle consiste à séparer les toxines du sang : c'est-à-dire à éliminer l’eau et les déchets contenus dans
le sang.
2) Traitements possibles en cas d’insuffisance rénale.
En cas d’insuffisance rénale, il faut donc purifier le sang par d'autres moyens, tels que l’hémodialyse ou la
transplantation rénale.
3) Principes de l'hémodialyse.
31) Présentation.
L’hémodialyse est un traitement extracorporel du sang à l'aide d'un rein artificiel. Cette technique fait appel à
un générateur de dialyse.
En créant une circulation sanguine extra corporelle, le sang du patient prélevé par l'artère, est filtré dans un
rein artificiel (dialyseur) pour être restitué par la veine au patient.
Le rein artificiel se compose de deux compartiments séparés par une membrane. L'un est parcouru par le
sang, l'autre à contre courant par le dialysat (liquide de dialyse). La membrane est semi-perméable, ce qui
permet le passage d'eau et de solutés ne dépassant pas une certaine taille.
Elimination de l’eau par ultrafiltration (grâce à un gradient de pression).
Au début du traitement, le sang du patient contient des liquides en excès et des déchets. Un gradient de
pression est appliqué au niveau de la membrane du rein artificiel pour éliminer les liquides.
Ce gradient force l'eau à quitter le sang, à passer à travers la membrane et à aller dans le dialysat par
phénomène d'ultrafiltration.
Elimination des déchets par diffusion (grâce à un gradient de concentration).
Le dialysat ne contenant pas de déchets, il se crée un gradient de concentration au niveau de la membrane.
Ce processus entraîne le transfert par diffusion (osmose inverse) des déchets présents dans le sang qui
traversent ainsi la membrane pour passer dans le dialysat.
Ce traitement a pour résultat d'ajuster le volume de sang et d'éliminer les déchets.
Les processus d'élimination des liquides (par ultrafiltration) et des solutés (par diffusion ou osmose inverse)
sont simultanés.
Pompe péristaltique
Rein artificiel
Pompe à engrenage
Ce schéma montre le circuit des fluides pendant le traitement d’hémodialyse. Dans le circuit « sang »
extracorporel (à gauche), le sang est acheminé vers le rein artificiel grâce à une pompe péristaltique. Dans
le circuit « dialysat » (à droite), le dialysat est préparé et envoyé vers le rein artificiel grâce à une pompe à
engrenage.
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Visionner les 2 vidéos situées dans le répertoire SII Elève / Dossier technique.
Attention âmes sensibles s’abstenir pour la 2ème vidéo.
32) Quelques chiffres.
On peut dire qu'actuellement 45000 personnes sont en insuffisance chronique terminale. 29000 patients
sont traités par épuration extra rénale et 16000 ont reçu une greffe rénale fonctionnelle.
Du point de vue de l'assurance maladie, le coût d'une séance de dialyse s'élève à 375 €.
La durée du traitement sera comprise entre 3 h ½ et 5 heures, à effectuer tous les 2 jours !!!
Un appareil à dialyse complètement équipé coûte 39000 € TTC.
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4) Présentation de la maquette didactisée du laboratoire.
41) Les divers circuits.
Le circuit
« sang »
Le circuit
« dialysat actif »
Le circuit
« préparation du dialysat »
Ligne veineuse
MOTOPOMPE À
DIALYSAT Po2
(moteur + pompe à
engrenage)
PIÈGES
À BULLES
MOTOPOMPE DE
PREPARATION Po3
(moteur + pompe à
piston)
ÉPROUVETTE
GRADUÉE
REIN
ARTIFICIEL
Capteur de
pression CP3
A
Vanne Va4 pour
vidange de
l’éprouvette
Vanne de sélection Va1 :
mesure par débitmètre
ou éprouvette
B
RESTRICTION
REGLABLE
Ligne artérielle
Débitmètre 1
Débitmètre 2
Vanne de sélection Va2 :
retour direct ou mesure
débit
Capteur de
pression CP4
B
A
RESTRICTION
REGLABLE
Vanne de sélection Va3 :
retour direct ou mesure débit
Capteur de
pression CP1
Pupitre de commande des pompes
Capteur de
pression CP2
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A
B
MOTOPOMPE À SANG Po1
(moteur + pompe
péristaltique)
Po1
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42) Le rein artificiel (à fibres creuses).
Le sang (débit qs de l'ordre de 200 à 300 ml/min) et le dialysat (débit qd de l'ordre de 500 ml/min) s'écoulent
à contre courant, le sang à l'intérieur des fibres en cellophane et le dialysat à l'extérieur des capillaires (au
nombre d'un millier et de diamètre d'environ 0,2 mm). De cette manière, le contact du sang se fait toujours
avec un dialysat moins chargé en déchets. Ceci maintient le gradient de concentration, nécessaire au
transfert par osmose inverse, dans l'ensemble du rein artificiel.
 Repérer ce rein artificiel sur la maquette.
43) Le circuit « sang ».
Le circuit "sang" reproduit l'équivalent de la circulation sanguine extracorporelle, entre une artère et une
veine du patient, avec filtration lorsque le sang passe dans le rein artificiel. Pour la maquette, le sang du
patient est matérialisé par de l'eau. Ce circuit utilise une pompe péristaltique à deux galets (appelé ici
"POMPE A SANG" OU PO1), assurant le transfert du "sang" à partir de la ligne artérielle. Cette pompe
péristaltique est actionnée par un motoréducteur (moteur à courant continu suivi d'un réducteur) situé à
l'arrière de la maquette et dont on peut régler la vitesse de rotation par action sur la tension.
Codeur
(Roue codeuse)
(capteur de vitesse)
Moteur à courant continu

Réducteur
Repérer le moteur, réducteur et codeur situés à l'arrière de la maquette, puis la pompe située en façade.
Roue codeuse (32 fentes)
avec son capteur optoélectronique


Pompe péristaltique
Réducteur (de rapport N = 29,93)
Pour comprendre le fonctionnement d’un réducteur à engrenage, visionner la vidéo qui se trouve dans le
répertoire SII Elève / Dossier ressource / Transmission de mouvement / Engrenage / Typologie / Train simple.
Pour comprendre le fonctionnement d’une pompe péristaltique, visionner la vidéo qui se trouve dans le
répertoire SII Elève / Dossier ressource / Pompes et compresseurs / Pompe péristaltique.
Pièges à bulles.
Si le circuit situé entre l'aiguille artérielle et la pompe à sang n'est pas étanche (dans le cas de mauvaise
connexion entre l'aiguille artérielle et la tubulure), de l'air est aspiré et poussé dans le rein artificiel par la
pompe. Avec le piège à bulles, ces bulles sont arrêtées.
 Repérer les 2 pièges à bulles sur la maquette.
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44) Le circuit « dialysat actif ».
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Moteur à courant
continu
Le circuit "dialysat actif" assure la circulation du liquide composé
(dialysat) éliminant les "impuretés sanguines" par osmose inverse
dans le rein artificiel. Celui-ci se comporte donc comme un échangeur
(à contre-courant). Pour la maquette, le dialysat est remplacé par de
l'eau. Ce circuit utilise une petite pompe à engrenage extérieur
(appelé ici "POMPE A DIALYSAT" OU PO2). Elle est actionnée par
un moteur à courant continu pour le transfert du dialysat.
On peur régler la vitesse de rotation par action sur la tension du
moteur.



Pompe à engrenage
extérieur
Repérer ce moteur et cette pompe sur la maquette.
Visionner la vidéo qui se trouve dans le répertoire SII Elève /
Dossier ressource / Pompes et compresseurs / Pompe à engrenage.
Manipuler la pompe à engrenage de tracteur située sur la table à coté de la maquette.
45) Le circuit « préparation du dialysat ».
Le circuit « préparation du produit » doit réaliser par mélange de composants un dialysat aux
caractéristiques chimiques bien précises. Sur la maquette, cette tâche est réduite à un circuit simplifié
utilisant une seule pompe doseuse à piston (appelé ici "POMPE DE PREPARATION" OU PO3). Elle est
actionnée par un moteur pas-à-pas. Pour la maquette, le liquide utilisé pour la préparation est remplacé par
de l'eau.



Repérer ce moteur et cette pompe sur la maquette.
Pour comprendre le fonctionnement d’une pompe à piston, visionner la vidéo qui se trouve dans le
répertoire SII Elève / Dossier ressource / Pompes et compresseurs / Pompe à piston + membrane.
Puis visionner la vidéo qui se trouve dans le répertoire SII Elève / Dossier ressource / Pompes et
compresseurs / Pompe à piston oscillant.
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46) Les instruments de mesure.
461) Capteurs de pression.
Ces capteurs utilisent une technologie piézorésistive. La piézoélectricité est la propriété que possèdent
certains corps de se polariser électriquement sous l'action d'une force mécanique (effet direct) et,
réciproquement, de se déformer lorsqu'on leur applique un champ électrique (effet inverse).
La tension du signal de sortie analogique est directement proportionnelle à la pression effective.
462) Débitmètres (à turbine).
L'écoulement du fluide entraîne la rotation d'une turbine (rotor à plusieurs ailettes, reposant sur des paliers)
placée dans la chambre de mesure. La vitesse de rotation du rotor est proportionnelle à celle du fluide, donc
au débit volumique total.
La vitesse de rotation est mesurée en comptant la fréquence de passage des ailettes détectée à l'aide d'un
bobinage (un aimant permanent est parfois solidaire de l'hélice).
Le signal de sortie est rectangulaire. Chaque impulsion représente un volume de liquide distinct.
463) Eprouvette graduée.
Une éprouvette graduée permet de mesurer le débit moyen de la pompe à dialysat ou de la pompe de
préparation.
Pour cela, il suffit de régler correctement les vannes rouges pour que le fluide passe dans cette dernière.

Repérer tous ces instruments de mesure sur la maquette (capteurs de pression, débitmètres et
éprouvette graduée)..
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5) Mise en service de la maquette.
Vérifications à effectuer avant la mise en service de la maquette.
1)
Vérifier que le bidon comporte 5 l d’eau claire et ne comportant aucune particule visible.
2)
Vérifier que les trois tuyaux qui alimentent les pompes (départs a1, a2, a3) "trempent" avec une
profondeur d'immersion suffisante dans l'eau du bidon.
3)
Vérifier que le tuyau qui assure l'évacuation du trop-plein éventuel de l'éprouvette graduée (retour r5)
ne "trempe" pas dans l'eau du bidon. C'est indispensable pour assurer une prise d'air et permettre la
vidange de l'éprouvette.
4)
Vérifier que le tuyau (retour r7), qui proscrit toute inondation en cas de débordement du piège à bulles
(mise à l'air du piège à bulles supérieur situé à gauche du panneau), ne "trempe" pas dans l'eau du
bidon.
5)
Vérifier que les cinq tuyaux qui assurent les retours r1, r2, r3, r4, r6, "trempent" avec une profondeur
d'immersion suffisante dans l'eau du bidon. Cette dernière vérification est importante pour ne pas
fausser certaines mesures de pressions.
6)
Vérifier que le couvercle du bidon est légèrement dévissé (un demi-tour à un tour afin de créer un jeu
entre filets vis/écrou suffisant) pour maintenir la pression atmosphérique dans l'enceinte.
Mise sous tension.
7)
Actionner l'interrupteur général de la maquette pour la mettre sous tension, et vérifier qu'aucune pompe
n'est alimentée (leds Po1, Po2, Po3 éteintes). Si ce n'est pas le cas, actionner l'interrupteur requis pour
arrêter la pompe.
Amorçage du circuit « sang ».
8)
Vérifier que la partie du tuyau (ligne artérielle) qui doit être pressée par les galets est correctement
engagée dans le corps de pompe.
9)
Vérifier que le couvercle de la pompe à galets est bien fermé. En effet, pour assurer la sécurité, un
interrupteur empêche la mise sous tension de la pompe tant que ce couvercle n'est pas correctement
fermé.
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10) Vérifier que le cavalier est correctement placé en (i1).
11) Vérifier que les vannes Va5 et Va6 situées à la partie supérieure des pièges à bulles sont bien fermées.
12) Faire tourner la pompe à galets Po1 pour amorcer le circuit "sang" par exemple en commande par
boucle ouverte 12 V. Si l'amorçage semble trop difficile à réaliser, ouvrir la vanne Va5 située en haut du
piège à bulles gauche et aspirer avec la bouche jusqu'à ce que l'eau ait rempli le rein artificiel et
retombe dans le piège à bulles gauche. Fermer alors la vanne Va5 de la ligne veineuse.
13) Régler le pince-tuyau (restriction réglable) situé à gauche sur le retour de la ligne veineuse pour que les
niveaux d'eau dans les deux pièges à bulles soient de l'ordre de 3 à 6 cm lorsque la pompe à galets
tourne.
Amorçage du circuit « dialysat actif ».
14) Vérifier que le cavalier est correctement placé en (i2).
15) Ne pas dépasser une tension d'alimentation de 12 volts.
16) Faire tourner, à un régime suffisamment élevé (limiter autant que possible la durée d'utilisation à vitesse
élevée), la pompe à engrenage Po2 pour amorcer le circuit "dialysat actif". Dans cette phase, la vanne
Va2 est positionnée (voie A) pour assurer le retour direct au bidon. Cette pompe dispose d'une bonne
capacité d’aspiration ; néanmoins, il peut s'avérer nécessaire de soulever momentanément le bidon
pour faciliter l'amorçage.
17) Pour éviter le désamorçage de la pompe Po2, un clapet anti-retour est placé "vers le bas" du tuyau
d'alimentation.
18) La pompe Po2 étant amorcée, vérifier que la vanne Va4 est fermée, mettre la vanne Va1 sur la voie B
(vers l'éprouvette), puis positionner la vanne Va2 sur la voie B de façon à purger l'air résiduel du circuit
"dialysat actif" allant du rein artificiel à l'éprouvette.
19) Arrêter la pompe dès que l'eau monte (sans bulles) dans l'éprouvette.
20) Éviter de laisser tourner longuement la pompe à des régimes élevés en limitant le fonctionnement au
temps juste nécessaire à la réalisation des mesures.
Amorçage du circuit « préparation du dialysat ».
21) Vérifier, en exerçant manuellement un petit couple sur la manivelle motrice, que la pompe à piston n'est
pas bloquée et peut donc tourner librement. Exceptionnellement, il peut arriver qu'après une inutilisation
prolongée la pompe semble bloquée. Ce phénomène, consécutif au très faible jeu existant entre le
piston et cylindre, n'est pas grave à priori. Il suffit d'exercer manuellement une légère (ATTENTION : le
piston en céramique est fragile...) traction axiale sur le piston pour assurer son déblocage.
22) Vérifier que le cavalier est correctement placé en (i3).
23) Faire tourner, au régime maximal, la pompe à piston Po3 pour amorcer le circuit "préparation du
dialysat", la vanne Va3 étant sur la voie B, la vanne Va1 sur la voie A ; vérifier que le pince-tuyau
(restriction réglable) est desserré. On purge ainsi l'air du circuit "préparation du dialysat". Arrêter la
pompe Po3 quand le niveau d'eau monte (sans bulles) dans l'éprouvette.
Purge d’air des tuyaux borgnes.
24) En pinçant manuellement les tuyaux borgnes reliés aux différents capteurs de pression, éliminer
complètement l'air résiduel. La présence d'air (fluide très compressible par rapport à l'eau) en amont
d'un capteur de pression perturbe la mesure (effet de "matelas élastique") en créant un déphasage
temporel entre la source (la pompe) et le point de mesure (le capteur).
Vidange de l’éprouvette graduée.
25) Positionner la vanne Va1 sur la voie B et ouvrir la vanne Va4 pour vidanger l'eau contenue dans
l'éprouvette. Vérifier que le tuyau assurant le retour r5 ne trempe pas dans l'eau du bidon.
Pour accroitre la durée de vie de la maquette.
26) Pour la pompe péristaltique, il est conseillé de désengager le tuyau des galets et de le sortir du corps
de pompe pendant les temps d'inactivité prolongée de la maquette, afin d'éviter de créer une
déformation permanente du tuyau pincé toujours au même endroit.
27) Vérifier que chaque pince-tuyau (restriction réglable) ne ferme pas trop le passage de l'eau sous peine
d'accroître considérablement la pression et de créer des fuites par rupture des jonctions collées des
tuyaux.
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6) Carte d’acquisition
« Digimétrie »
d’exploitation « Digiview ».
et
logiciel
La maquette didactisée permet le réglage des fréquences de rotation des différentes pompes et la variation
de la perte de charge singulière d'une restriction symbolisant l'aiguille du retour veineux implantée dans le
bras du patient. Équipée pour réaliser différentes mesures (débits, pressions, intensités et tensions
électriques), elle permet la transmission de ces données à une carte d'acquisition "Digimétrie" et leur
traitement par le logiciel "Digiview".
Circuit « sang » : modes de commande et mesures possibles
MESURE débitmètre 1 :
Utilisation d’un convertisseur fréquence => tension continue
(La tension obtenue est proportionnelle à la fréquence)
sur carte digimétrie :
Voie 2 = tension
COMMANDE acquisitions mesures
sur Po1 :
Interrupteur coté gauche
(sorties sur la carte d’acquisition)
Ou MESURE directe
de la tension ou impulsions (basculeur)
COMMANDE Po1 :
Interrupteur Marche/Arrêt
AFFICHAGE Po1 :
Fréquence de rotation
réelle en tr/min
AFFICHAGE PID :
Affichage du réglage du
facteur P, ou I, ou D
COMMANDE PID :
Sélection du facteur de
réglage P, ou I, ou D
Motopompe
Po1
COMMANDE PID :
Réglage du facteur
sélectionné P, ou I, ou D
COMMANDE Po1 :
- Boucle : Ouverte ou Fermée
- Tension nominale délivrée : 5
ou 12 V
COMMANDE Po1 :
Réglage de la consigne de
tension délivrée au moteur
MESURE capteur CP2 :
sur carte digimétrie :
Voie 0 = pression d’entrée
MESURE capteur CP1 :
sur carte digimétrie :
Voie 1 = pression de sortie
NB : la carte d’acquisition
« digimétrie » écrête le signal
à 5 volts
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MESURES Po1 :
MESURE roue codeuse :
sur carte digimétrie :
Voie 3 = intensité d’alimentation du moteur
(utilisation d’un convertisseur intensité => tension :
1V => 0,1457 A)
(placer le cavalier si l’ampèremètre est absent)
Voie 5 = tension d’alimentation divisée par 5
Voie 6 = tension de consigne (maxi 5V)
Utilisation d’un convertisseur fréquence => tension
continue
(La tension obtenue est proportionnelle à la
fréquence)
Ou MESURE directe
- de l’intensité d’alimentation du moteur en plaçant un
ampèremètre au lieu du cavalier
- de la tension d’alimentation du moteur (maxi 12V)
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sur carte digimétrie :
Voie 4 = tension
Ou MESURE directe
de la tension ou impulsions (basculeur)
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Circuit « dialysat actif » : modes de commande et mesures possibles
Motopompe
Po2
MESURE débitmètre 2 :
Utilisation d’un convertisseur fréquence => tension
continue
(La tension obtenue est proportionnelle à la fréquence)
COMMANDE Po2 :
Vannes à régler suivant
le protocole choisi
sur carte digimétrie :
Voie 1 = tension
Ou MESURE directe
COMMANDE Po2 :
Interrupteur Marche/Arrêt
COMMANDE Po2 :
Réglage de la fréquence
COMMANDE acquisitions
mesures sur Po2 :
Interrupteur coté droit
(sorties sur la carte
MESURES Po2 :
sur carte digimétrie :
Voie 0 = tension d’alimentation divisée par 3
Ou MESURE directe
- de l’intensité alimentant le moteur en plaçant
un ampèremètre au lieu du cavalier (maxi 0,7A)
- de la tension du moteur (maxi 12V DC)
Circuit « préparation du dialysat » : modes de commande et mesures possibles
MESURE débitmètre 2 :
Utilisation d’un convertisseur fréquence
=> tension continue
(La tension obtenue est proportionnelle à
la fréquence)
Motopompe
Po3
MESURE capteur CP3 :
sur carte digimétrie :
Voie 2 = pression d’entrée
MESURE capteur CP4 :
sur carte digimétrie :
Voie 3 = pression de sortie
sur carte digimétrie :
Voie 1 = tension
Ou MESURE directe
de la tension ou impulsions
(basculeur)
COMMANDE Po3 :
Interrupteur Marche/Arrêt
COMMANDE Po3 :
Vannes à régler suivant le
protocole choisi
MESURES Po3 :
MESURE directe
de l’intensité alimentant la carte
de commande du moteur pas à
pas en plaçant un ampèremètre
au lieu du cavalier
COMMANDE acquisitions
mesures sur Po3 :
Interrupteur coté droit
(sorties sur la carte d’acquisition)
MESURES Po3 :
sur carte digimétrie :
Voie 5 = intensité alimentant la bobine 1
(placer le cavalier si l’ampèremètre est absent)
Voie 6 = intensité bobine 2
Voie 7 = tension bobine 1
Ou MESURE directe
- de l’intensité alimentant la bobine 1 du moteur
pas à pas en plaçant un ampèremètre au lieu du
cavalier (maxi 0,12A par bobine)
- de la tension sur la bobine 1 du moteur pas à
pas (maxi 14V DC)
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COMMANDE Po3 :
Réglage de la fréquence
MESURE Po3 :
Utilisation d’un convertisseur fréquence =>
tension continue
(La tension obtenue est proportionnelle à la
fréquence)
sur carte digimétrie :
Voie 4 = tension
Ou MESURE directe
de la tension ou impulsions (basculeur)
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