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morenita <3 1 APLICACIONES DE LAS RADIACIONES DETECCIÓN Y MEDICIÓN DE LAS RADIACIONES Los métodos de detección y medición de las radiaciones se basan en los efectos que éstas producen al interactuar con la materia. Los utilizados principalmente son: La ionización de los gases cuando son atravesados por las radiaciones, haciéndolos eléctricamente conductores. La capacidad de las radiaciones de producir centelleos (puntos de luz visible), cuando interaccionan con ciertos materiales especiales denominados “centelladores”. La propiedad de las radiaciones de velar películas fotográficas. Otros métodos poco difundidos en la práctica se basan en ciertos efectos químicos, calóricos, termoluminiscentes, fotoluminiscentes, etc. Detectores basados en la ionización gaseosa Los detectores más conocidos basados en este efecto son tres: La cámara de ionización. El contador proporcional. El contador de Geiger Muller. Fundamentos de la detección gaseosa Cuando un fotón o una partícula atraviesa un medio cualquiera interacciona con los átomos del mismo produciendo ionización. Si ese medio es un gas que se encuentra entre dos electrodos que tienen una diferencia de potencial (V), los iones que se formen tenderán a dirigirse a los electrodos de signo contrario. Las cargas de los iones de cada signo, podrán ser colectadas por medio de estos electrodos; la carga colectada nos informará indirectamente de la radiación que interaccionó con el gas. El fundamento de todos los detectores gaseosos es el ya mencionado y la diferencia básica entre ellos reside en la tensión aplicada a los electrodos colectores. La cámara de ionización y el contador proporcional nos permiten discriminar la energía de la radiación incidente, mientras que el contador Geiger Muller no. La mayoría de los detectores gaseosos constan de una varilla metálica que actúa como detector interior, situada en el eje de un electrodo exterior cilíndrico. Aplicaciones de los detectores gaseosos Las cámaras de ionización (CI) se utilizan principalmente con fines sanitarios o clínicos para medir exposición a la radiaciones X o gamma. Existen las llamadas “cámaras standart”, pero hay pocas, sirven para calibrar cámaras de ionización y contadores de Geiger Muller. Este último es el tipo más popular de detectores gaseosos por su gran versatilidad, bajo costo y no necesitar amplificación de alta ganancia. Tiene una eficiencia de 100% para el conteo alfa y beta, y solo del 1% para las electromagnéticas. Se lo suele utilizar en medicina para estudios in vitro cuando se emplean emisores beta. No obstante, su mayor aplicación reside en la detección de contaminación radiactiva en los laboratorios en que se trabaja con radionucleídos. Para muestras sólidas o detección de áreas contaminadas se suelen usar unidades de ventana terminal de aluminio, vidrio o mica. Para el conteo de líquidos, los detectores suelen presentar un espacio anular de unos 10 ml en donde se ubica la muestra a medir. morenita <3 2 El contador proporcional (CP) ha sido reemplazado ampliamente en la actualidad por lo detectores de centelleo en sus aplicaciones médicas. Estos detectores no solo permiten la detección de radiaciones, sino que también nos posibilitan el reconocer su tipo y energía. En la actualidad se han convertido en el sistema prevalente para la detección gama debido a la alta eficiencia intrínseca que presentan para este tipo de radiación. El elemento detector o centellador consiste en un producto constituido por una o más sustancias que presentan las características de que al ser colisionadas por la radiación emiten destellos de luz visible o ultravioleta. Los centelladores pueden ser sólidos, líquidos, orgánicos e inorgánicos. Los sólidos son cristales de sustancias puras a los que se le llama cristales de centelleo. La composición del cristal depende de la radiación que se va a detectar: sulfuro de zinc---> radiación alfa, antraceno---> beta, ioduro de sodio activado con talio---> gamma. En la práctica médica habitual se usan nucleídos emisores gamma para los estudios “in vivo”, por lo que se usa este último cristal; durante su crecimiento se le agrega al sulfuro una pequeña cantidad de talio con el fin de distorsionar la red del cristal. El cristal puro centellea a muy bajas temperaturas, con el agregado del talio lo hace a temperatura ambiente. Los cristales de INa (Tl) son generalmente cilíndricos y esta recubiertos de una lamina de aluminio, excepto en una de sus bases en la que se coloca una ventana de vidrio, esta cara es la que se adhiere al fotomultiplicador. En el cristal los fotones gamma son absorbidos parcial o totalmente y esta energía es transformada por el mismo en fotones de luz visible o ultravioleta que inciden en el fotomultiplicador a través de la ventana. Existen también centelladores líquidos (cristales líquidos) para medición de radiaciones de baja energía. Actualmente se comenzó con la utilización de materiales semiconductores que tienen la ventaja de no necesitar de fotomultiplicadores. Colimadores Dispositivos destinados a delimitar el área desde la cual las radiaciones van a incidir en el cristal. Están construidos de un metal de alto Z y pueden ser focalizados y no focalizados. Los no focalizados más usados consisten en un cono hueco truncado cuya base mayor mira a la zona que queremos medir al paciente; la base menor va adosada al cristal de centelleo. Este tipo de colimación se emplea, por ejemplo: en las sondas detectoras destinadas a determinar la captación de un trazador radiactivo por un órgano determinado (captación tiroidea del yodo 131). Los colimadores focalizados tienen también forma de cono truncado pero en lugar de ser huecos totalmente presentan varios conductos cuya prolongación coincide con el vértice del cono, siendo este el punto focal. La base menor del cono está dirigida hacia el paciente a explorar de manera que sólo penetran hasta el cristal las radiaciones provenientes del punto focal, delimitando de esta manera una área hística pequeña. La colimación focalizada se utiliza, por ejemplo en los equipos centellograficos. Fotomultiplicador (TFM) Dispositivos electrónicos especialmente diseñados para convertir la luz en pulsos eléctricos y luego amplificarlos. Están constituidos fundamentalmente por un fotocátodo seguido por un amplificador de corriente de alta ganancia. Las partes constituyentes del TFM son: El fotocátodo de níquel recubierto de cesio y antimonio. morenita <3 3 Una serie de dínodos o blancos para la emisión secundaria, también de níquel recubierto de cesio y antimonio. Un sistema óptico-electrónico que guía los electrones de un dínodo al siguiente, que se encuentra a más alto potencial. Un ánodo colector donde se colectan los electrones dando origen a una señal o pulso eléctrico que pasa al sistema amplificador. El principio de operación de TFM es el siguiente: La radiación electromagnética del cristal interacciona con la superficie del fotocátodo, produciendo emisión de electrones. El e- emitido es atraído por el primer dínodo, es acelerado por su campo eléctrico y adquiere energía suficiente para arrancar dos e-. Todos se dirigen al siguiente dínodo, son acelerados, arrancan dos e- cada uno y van al siguiente dínodo. Este proceso se repite en cada uno de los siguientes dínodos, de manera tal que al colector llega un gran número de e-. El número de electrones que se conectan en el ánodo será proporcional a una potencia-> N° e- arrancados en el primer dínodo n° de dínodos . A su vez, el número de electrones desprendidos del primer dínodo depende de la tensión aplicada al TFM, que puede variar (diferencia de potencial entre fotocátodo y ánodo). Las características principales que ofrece este sistema centellador–fotomultiplicador son: La actividad absoluta de la muestra estárelacionada directamente con la actividad medida. La altura del pulso eléctrico en la que se ha transformado el centelleo de luz a la salida del TFM es proporcional a la energía dejada por el rayo gamma en el cristal, esto permite discriminar los fotones gamma de distinta energía. Espectro de absorción gamma Cuando un fotón gamma colisiona con el centellador puede interaccionar por efecto fotoeléctrico, efecto Compton o formación de pares. La radiación secundaria originada por estas interacciones puede también colisionar con los átomos del cristal, pero parte se escapa del mismo. Por lo tanto, la energía de un rayo gamma puede ser absorbida en forma total o parcial. La altura del pulso a la salida del TFM es proporcional a la energía absorbida por el cristal. Si esta energía absorbida corresponde a la totalidad de la energía contenida en el fotón, la altura del pulso es proporcional a la energía del rayo gamma incidente. Si graficamos la altura del pulso del TFM a medida que variamos la tensión de trabajo, obtendremos una distribución que se conoce como espectro de absorción gamma. Amplificadores y atenuadores El preamplificador y el amplificador principal tienen por finalidad ampliar los pulsos que salen del TFM entre 100 y 1000 veces, con el objeto de que alcancen el tamaño necesario para ser registrados. El atenuador permite disminuir la altura de los pulsos en un factor de 2, 4, 6, etc. Discriminadores de altura de pulsos Se trata de dispositivos que analizan y clasifican los pulsos de acuerdo a su tamaño actuando como verdaderos filtros electrónicos, que permiten decidir que pulsos serán o no registrados. morenita <3 4 Sistemas de conteo Tienen por objeto dar un número de cuentas que es proporcional al número de pulsos o, lo que es lo mismo, a la actividad de la fuente radioactiva. El número de cuentas que se obtienen con estos dispositivos se conoce como “actividad medida” (AM). Los escalímetros son aparatos de conteo que registran individualmente los pulsos de manera que para obtener la actividad medida se deben acumular cuentas y luego dividirlas por el tiempo acumulado (similar al cuenta kilómetros de un auto). Los integradores informan sobre la actividad medida instantánea, es decir que miden la velocidad de llegada de los pulsos por el desplazamiento de una aguja sobre un panel de escala variable (similar al velocímetro del auto). APLICACIONES MÉDICAS DE LOS RADIONUCLEIDOS Las aplicaciones médicas de los radionucleídos han llevado al nacimiento de nuevas especialidades dentro de la medicina práctica: Medicina Nuclear y Radioterapia. Medicina Nuclear: se dedica a la aplicación diagnóstica, terapéutica y de investigación de fuentes radioactivas internas. Se denominan fuentes radioactivas internas a aquellas que se introducen en el material involucrado en la experiencia y que se hallan uniformemente distribuidas en él (trazadores radioactivos y fuentes no salladas). Radioterapia: se ocupa del uso terapéutico de fuentes radioactivas externas y de radiaciones ionizantes no originadas en radionucleidos. Una fuente radioactiva externa es aquella que se encuentra fuera del material irradiado (fuentes selladas que se utilizan en telegammaterapia). También cuando la fuente radiactiva está dentro del mismo material iradiado, pero no se halla uniformemente distribuida (fuentes corpusculares selladas de la braquiterapia). Aplicaciones de la Medicina Nuclear La Medicina Nuclear emplea radiofármacos que pueden ser elementos marcados radioactivos o compuestos marcados radioactivos. Elemento marcado radioactivo es aquel en que la totalidad de sus átomos o parte de ellos pertenecen a un radioisótopo del mismo. Compuesto marcado radioactivo es aquel que posee algunas o todas sus moléculas marcadas e integradas con un átomo radioactivo, por ejemplo, albúmina humana marcada con 99mTc (Tecnecio 99 metaestable). El uso de radioisótopos deriva del hecho fundamental de que un determinado radionucleído presenta el mismo comportamiento químico y metabólico que el nucleído estable del cual es isótopo, pero se diferencia en que emite energía en forma de radiaciones que pueden ser detectadas, es decir, se lo puede utilizar como un trazador radioactivo. De la misma manera, un compuesto marcado radioactivo actúa como un trazador radioactivo, pues su comportamiento químico y metabólico es el mismo del compuesto no marcado. Con estos radiofármacos es posible efectuar estudios “in vivo” o “in vitro”. Los estudios “in vivo”comprenden a los: Mientras que los estudios “in vitro” son: Dinámico-cinéticos Radioinmunoanálisis Cinéticos Radiocromatografía Centellográficos Radioautografía Análisis por activación DETERMINACIÓN "IN VIVO" ESTUDIOS DINÁMICO-CINÉTICOS morenita <3 5 Consisten en el uso de trazadores radiactivos que introducidos por una vía adecuada al organismo pueden ser seguidos en su proceso de circulación y metabolismo. Esto nos permite estudiar los flujos vasculares, así como procesos metabólicos en los que intervienen electrolitos y moléculas marcadas. Metodología Básica 1- Se introduce el trazador radiactivo adecuado dentro del organismo por la vía conveniente: “inyección, ingestión, inhalación, etc”. 2- Se determina el cambio de concentración del trazador con el tiempo mediante la recolección de uno o más líquidos corporales o la colocación de uno o más detectores sobre zonas apropiadas del cuerpo. De esta manera se obtienen curvas de concentración-tiempo para cada una de las zonas o líquidos estudiados. 3- A partir de estas curvas se obtienen informaciones sobre la velocidad de llegada o desaparición del trazador en una región, o sobre el paso del mismo de una región a otra, o de su acumulación en una región. Cuando el estudio se efectúa por medio de detectores externos el radionucleído utilizado debe ser un gamma emisor para que la radiación pueda emerger del interior del organismo. Si las determinaciones se efectúan en muestras líquidas corporales el radionucleído puede ser emisor beta o gamma. El trazador y el compuesto a marcar se deben elegir según el fin que persigue el estudio. Por ejemplo, si se quiere determinar la distribución y circulación del plasma, tendremos que marcar una sustancia que permanezca en él y que no se escape del lecho vascular hacia el espacio intersticial: Sero-albúmina con 99mTc (Tecnecio 99 metaestable) o Transferrina con 113mIn (Indio 113 metaestable). Instrumentación Los equipos que se utilizan están directamente relacionados con el tipo de estudio a realizar; ellos son: Sondas detectoras de centelleo asociadas a integradores en conexión con graficadores lineales. Cámaras Gamma (ver más adelante). Contadores de Pozo: consisten en un cristal de centelleo que presenta un orificio cilíndrico destinado a colocar un tubo de ensayo con la muestra orgánica que se desea medir, la lectura se efectúa en un escalímetro. Pequeños detectores de estado sólido (germanio o silicio) ubicados dentro de catéteres para recuento de partículas beta “in situ” en la determinación de flujos sanguíneos en determinados vasos. Principales estudios Dinámicos-Cinéticos Determinación de flujos sanguíneos de los distintos órganos, volumen minuto cardíaco, flujo coronario, etc. Radiorenograma, estudio de la filtración glomerular y de la secreción tubular. Estudio de la función de las células poligonales hepáticas. Estudio de la ventilación y perfusión pulmonar. Medida del débito sanguíneo cerebral. ESTUDIOS CINÉTICOS morenita <3 6 Estos métodos se fundamentan en el hecho de que el trazador radiactivo introducido en el organismo por la vía correspondiente será absorbido, transportado, distribuido, captado, metabolizado y eliminado de la misma manera que el elemento estable o compuesto no marcado correspondiente. Además,al distribuirse en el organismo nos permite mediante el método de la dilución determinar el volumen de los distintos compartimentos corporales. Instrumentación Los equipos más difundidos son sondas detectoras de centelleo asociadas a un escalímetro (para el paciente) y contadores de pozo o de centelleo líquido (para líquidos biológicos). Los detectores de centelleo líquido se utilizan para medir radiaciones de baja energía, siendo también útiles en la cuantificación de emisores gamma de baja energía (del orden de los rayos X). En los detectores de centelleo líquido, el centellador es un líquido que se agrega a la muestra junto con un solvente adecuado. Generalmente se utilizan dos centelladores: uno primario, que convierte la energía de las partículas beta en fotones visibles, y uno secundario que lleva la longitud de onda de los fotones emitidos por el primario a una región donde el TFM posee mayor sensibilidad. Principales estudios Estudios de la función tiroidea: “captación tiroidea del radioiodo y determinación del radioiodo fijado a proteínas (PBI). Estudios de la vitamina B12 (diagnóstico de anemias perniciosas o perniciosiformes). Determinación de la sobrevida de los eritrocitos (glóbulos rojos). Determinación del volumen plasmático, eritrocitario y sanguíneo total. Estudios del metabolismo del hierro. Estudios de la función gastrointestinal: absorción de grasas, proteínas, aminoácidos, etc. ESTUDIOS CENTELLOGRÁFICOS La centellografía es un método de diagnóstico que permite obtener una adecuada representación gráfica de la radioactividad en un órgano, cavidad o sistema. La localización y concentración del radiofármaco introducido al organismo se efectúa por detectores externos, del tipo de los centelladores. El radiofármaco que se introduce al organismo debe reunir las siguientes condiciones: ser emisor gamma, para que emerja del paciente y poder detectarlo; tener un período efectivo mínimo para que dé el tiempo para realizar el estudio sin usar dosis excesivas; y concentrarse homogéneamente en el sistema en estudio. Se denomina “período efectivo”(TE) al tiempo necesario para que un número estadísticamente significativo de átomos radiactivos de un radiofármaco introducido en el organismo se reduzca a la mitad por desintegración radiactiva (T1/2) y a eliminación biológica (TB). La centellografía nos da información: Morfológica: forma, tamaño, posición, límites y relaciones de las estructuras normales y patológicas. Funcional: capacidad de concentración del radiofármaco por todo el órgano o sistema, variaciones de concentración en distintas áreas, tiempo de eliminación, etc. Cuando en un órgano existe una zona que capta menos cantidad del radiofármaco que el resto, se habla de “área fría”, si capta más es “área caliente” y si capta igual que el resto se dice que es un “área tibia”. morenita <3 7 Instrumentación Centellógrafos: en nuestro medio el que se usaba más comúnmente era el “centellógrafo rectangular”, dotado de un cabezal con un colimador focalizado, el cristal de centelleo de Ioduro de Sodio activado con Talio (INa-Tl), el tubo fotomultiplicador (TFM) y un preamplificador. Desde el cabezal, el pulso determinado por las radiaciones pasa a un sistema de amplificación, elaboración de datos y desde aquí a un sistema de graficación. Este graficador consiste en una tecla inscriptora que cada vez que se produce un número determinado de pulsos golpea sobre una cinta marcadora inscribiendo una pequeña raya sobre un papel; esta raya puede ser de color negro o de diversos colores, representando cada color una concentración del radiofármaco. Simultáneamente con la tecla inscriptora se acciona un lápiz de luz que al incidir sobre una película radiográfica produce su velamiento. El cabezal del centellógrafo, por medio de un sistema mecánico efectúa un movimiento de barrido rectangular sobre el área que se estudia del paciente. Este movimiento es transmitido por un brazo al inscriptor, quien lo repite en forma idéntica sobre el papel. Cámaras Gamma: Permiten ver simultáneamente una zona de grandes dimensiones y suministrar su imagen. La diferencia con los centellógrafos reside en que no examina secuencialmente los diferentes puntos de la zona en estudio, sino que “ve” a todos los puntos al mismo tiempo. Las cámaras gamma tienen un colimador que, en el caso más simple, está constituido por una placa de plomo perforada por una serie de conductos paralelos que hacen las veces de un objetivo que forma la imagen de la fuente emisora de radiación gamma en el plano de un cristal de INa (Tl) de grandes dimensiones (40 cm de diámetro y 1,25 cm de espesor). En las cámaras de Anger, la ubicación de los centelleos en el cristal y su transformación en pulsos se efectúa por medio de una serie de TFM conectados a un sistema electrónico complejo que determina tres señales: X e Y que representan la abscisa y la ordenada del lugar de intersección en el cristal y Z, que representa la energía del fotón incidente sobre la cual se efectúan las regulaciones espectrometrícas. Si la señal Z corresponde a la energía seleccionada, las señales X e Y, guían las placas de deflexión de un osciloscopio y originan un punto en la pantalla, cuya localización espacial es homóloga a la del lugar de interacción con el cristal. Delante de la pantalla del osciloscopio se encuentra una cámara fotográfica cuyo objetivo permanece abierto, obteniendo de esta manera, una imagen por sumación de puntos correspondientes a la detección de un número grandes de fotones. La importancia de la cámara gamma reside en el hecho de que permite interrelacionar los aspectos de la función con la reproducción anatómica. Determinaciones “in vitro” Radioinmunoanálisis Permite dosar prácticamente todas las hormonas conocidas y muchas sustancias no hormonales (factor intrínseco de Castle, la vitamina B12, el ácido fólico, el AMP cíclico, el RNA mensajero, medicamentos como digoxina, digitoxina, alcaloides, etc) siempre que se encuentre un reactivo de ésta y que se pueda marcar la molécula con radionucleídos. Las ventajas de este método son: especificidad, sensibilidad, precisión y rapidez; permitiendo detectar PRINCIPALES ESTUDIOS: centellografía cerebral, tiroidea, hepática, esplenica, pulmonar, renal, del pool vascular placentario, del pool sanguíneo cardíaco, miocárdica, ósea, ganglionar, d (x) centellográfico del cáncer y sus metástasis por medio de trazadores selectivos, etc. morenita <3 8 sustancias biológicas de concentración muy pequeña, del orden de los picogramos y hasta femtomoles por ml, utilizando generalmente μl. Radiocromatografía Es una combinación de métodos cromatográficos y radioquímicos, que se puede realizar en diversos soportes (columna, papel delgado etc) y permite la determinación cuali-cuantitativa de sustancias radioactivas o no de una mezcla, sin necesidad de usar un reactivo en el revelado. Radioautografía: es la obtención de una imagen de la distribución de la radioactividad de un tejido vivo, por exposición de una película fotográfica especial en íntimo contacto con el material en estudio. RADIOTERAPIA La radioterapia se basa en la destrucción de un tumor por la absorción de energía de la radiación incidente y tiene como principio maximizar el daño en el tumor y minimizar el daño en los tejidos vecinos (normales), lo que se logra irradiando el tumor desde varias direcciones. La radioterapia se divide en: teleterapia y braquiterapia. Teleterapia La fuente radioactiva es colocada a una determinada distancia de la zona a tratar. Los equipos utilizados pueden ser de kilovoltaje, de megavoltaje y de teleisotopoterapia. El uso de radiaciones con fines terapéuticos se basa en el hecho de que las partículas del eje incidente en una porción de tejido, pueden provocar múltiples ionizaciones en el interiordel núcleo de sus células. De ese modo, importantes ligaduras químicas de sus moléculas son destruidas permanentemente. Las células dañadas de este modo, pierden su capacidad de reproducción, pasando a ser células muertas. La radiación es útil para tratar desde cálculos y artritis hasta el cáncer, que es su área de mayor utilidad e importancia. Un tratamiento radioterapéutico se extiende por lo general treinta días, durante los cuales se efectúan aproximadamente 25 aplicaciones. Se marca el campo de irradiación con tinta especial, teniendo en cuenta el tamaño de la lesión, el compromiso de otros tejidos, etc. Una vez demarcado el campo, en los límites marcados se colocan aparejos apropiados y la paciente es radiografiada en la posición de las aplicaciones. Analizando la radiografía se puede saber si la región que se desea tratar está incluida en los límites determinados. Si fuese necesaria alguna corrección, se hará en la radiografía, para luego transferirla a la piel de la paciente para su demarcación definitiva. En un tratamiento normal, se usan cuatro campos: anterior, posterior y dos laterales. Esa distribución en cuatro campos evita la concentración de dosis en una región de la piel, previniendo la aparición de quemaduras y protegiendo regiones tales como el recto, vejiga, fémur o médula espinal. Para determinar la distribución de dosis, se toma el contorno del paciente en el centro del campo como se esquematiza en la siguiente figura. Se ven los cuatro campos indicados por las flechas y la región por ellos irradiados. Conociendo la cantidad de radiación para cada campo, en un determinado punto, podemos trazar curvas de isodosis. Terminada la fase de planeamiento, la paciente pasa a recibir las aplicaciones en las cuales el tumor absorbe una dosis de 200 Rads / día. En los aparejos de teleterapia, existe un dispositivo luminoso que reproduce el campo de radiación. La paciente es colocada en la mesa a un metro del foco de radiación y el campo luminoso será ajustado de manera tal que coincida con el campo marcado en la piel. morenita <3 9 En la primera fase del tratamiento, la dosis total absorbida llega a 5000 Rads; en la segunda fase puede usarse braquiterapia. Paralelamente al tratamiento teleterápico, la paciente puede ser sometida a otros tipos de terapia, existiendo para cada caso una conducta diferente, no sólo médica sino también en lo que hace a los esquemas de tratamiento y consecuentemente a los cálculos de dosis, donde se percibe la necesidad de un trabajo en conjunto de médicos y físicos para obtener un mejor resultado durante la terapia. Braquiterapia La fuente está en contacto con el tejido a ser tratado o implantado en él. Algunos materiales radiactivos como 226Ra, 60Co, 137Cs, 192R y 198Au pueden ser usados, sellados dentro de recipientes con forma de agujas, tubos o semillas para que absorban la radiación beta en caso que exista. Ventajas: irradiar al tumor con dosis altas y a los tejidos vecinos con dosis mínimas. Usado en cáncer ginecológico. Aplicación externa, intracavitaria o intersticial (las dos últimas pueden ser temporarias o permanentes).
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