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        智慧健康與云計(jì)算

        2016-11-09 07:47:54金新政
        智慧健康 2016年9期
        關(guān)鍵詞:智慧用戶

        胡 哲,向 菲,金新政

        (華中科技大學(xué)健康信息資源研究中心,湖北 武漢 430030)

        智慧健康與云計(jì)算

        胡 哲,向 菲,金新政*

        (華中科技大學(xué)健康信息資源研究中心,湖北 武漢 430030)

        近年來(lái),隨著人們對(duì)健康自我管理的要求的提高、健康大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)的興起,智慧健康和云計(jì)算兩個(gè)領(lǐng)域的融合愈加緊密。為探究云計(jì)算在智慧健康系統(tǒng)中發(fā)揮的作用,本文從智慧健康的體系架構(gòu)入手,確定云計(jì)算所處的數(shù)據(jù)處理層與網(wǎng)絡(luò)層和感知層的功能關(guān)系。針對(duì)云計(jì)算在智慧健康系統(tǒng)中的功能,本文從健康數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)和健康數(shù)據(jù)的可靠程度兩個(gè)方面進(jìn)行了深入的分析并提出相關(guān)的建議。

        智慧健康;云計(jì)算;健康數(shù)據(jù)

        0 引言

        據(jù)中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心(CNNIC)發(fā)布第37次《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》,截至2015年12月底:我國(guó)的網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到6.88億,互聯(lián)網(wǎng)的普及率達(dá)50.3%[1]?;ヂ?lián)網(wǎng)的快速發(fā)展直接推動(dòng)了“互聯(lián)網(wǎng)+”這一研究熱點(diǎn)的出現(xiàn),特別是醫(yī)療健康領(lǐng)域。目前,在全球范圍內(nèi)許多用戶都會(huì)通過(guò)因特網(wǎng)來(lái)搜索有關(guān)的健康信息,互聯(lián)網(wǎng)為用戶獲得所需的健康信息提供了極大的便利[2-3]。隨著物質(zhì)生活水平的提高,人們對(duì)自身的健康水平有了更高的要求,再加之智能技術(shù)、健康技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐步成熟,使得智慧健康逐漸成為國(guó)內(nèi)外醫(yī)療健康領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。21世紀(jì)是一個(gè)“大數(shù)據(jù)時(shí)代”,智慧健康的研究和發(fā)展過(guò)程中必然伴隨著龐大的健康數(shù)據(jù),大數(shù)據(jù)為云計(jì)算技術(shù)與健康產(chǎn)業(yè)的融合很好地實(shí)現(xiàn)了這些健康大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程,除此之外,云計(jì)算平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)分析功能也充分地挖掘了這些健康數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值。云計(jì)算已經(jīng)成為智慧健康系統(tǒng)中不可或缺的一部分,如何利用云計(jì)算平臺(tái)更高效地、安全地保證健康數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)與傳輸將會(huì)成為智慧健康研究中的重點(diǎn)。

        1 智慧健康的概念與云計(jì)算技術(shù)

        1.1 智慧健康的概念

        世界衛(wèi)生組織(WHO)對(duì)健康(wellness)的定義是:健康不僅是軀體沒(méi)有疾病,還包括心理健康、社會(huì)適應(yīng)良好和有道德,而早在世界衛(wèi)生組織1948年成立之時(shí)憲章中對(duì)健康的定義中還沒(méi)有強(qiáng)調(diào)道德健康。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們健康觀念的轉(zhuǎn)變,健康的內(nèi)涵處于動(dòng)態(tài)變化之中,同時(shí)醫(yī)學(xué)模式和服務(wù)方式也在發(fā)生著巨大的變化,因此也就出現(xiàn)了第一代、第二代、第三代健康的演變。近幾年來(lái),智能傳感技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、健康技術(shù)的突飛猛進(jìn)以及人們對(duì)以自我為主導(dǎo)的健康模式的追求,促進(jìn)了新一代健康的出現(xiàn),也就是我們今天的智慧健康。對(duì)于智慧健康概念,目前尚未有相對(duì)權(quán)威或被廣泛認(rèn)可的說(shuō)法。有的學(xué)者提出智慧健康是應(yīng)用現(xiàn)代化的大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及智能技術(shù)來(lái)改進(jìn)傳統(tǒng)的醫(yī)療模式,提倡和促進(jìn)自我健康管理的一種健康模式[4];也有學(xué)者提出智慧健康是以智能技術(shù)、健康技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐,為人類健康提供服務(wù)功能的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)[5]。結(jié)合其他學(xué)者對(duì)智慧健康的相關(guān)研究以及前文的論述,本文從醫(yī)學(xué)模式、健康內(nèi)涵、服務(wù)方式和健康技術(shù)四個(gè)維度對(duì)智慧健康進(jìn)行定義:智慧健康是以生物-心理-社會(huì)-道德的醫(yī)學(xué)模式為指導(dǎo),通過(guò)利用現(xiàn)代化的智能傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及醫(yī)療健康技術(shù)為支撐來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)健康的自我管理的新一代健康。

        1.2 云計(jì)算技術(shù)

        云計(jì)算技術(shù)作為一個(gè)新興的技術(shù),是繼1980年代大型計(jì)算機(jī)到C/S模式大轉(zhuǎn)變之后的又一次影像深遠(yuǎn)的巨大技術(shù)進(jìn)步,在許多領(lǐng)域特別是醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,目前對(duì)云計(jì)算比較權(quán)威的定義就是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)給出的定義:云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式,這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn),進(jìn)入可配置的計(jì)算機(jī)資源共享池(資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、應(yīng)用軟件、服務(wù)),這些資源能夠被快速提供,同時(shí)投入很少的管理工作,或與服務(wù)器供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互。因此,從本質(zhì)上來(lái)看,云計(jì)算是一種分布式的系統(tǒng),它將一定規(guī)模的計(jì)算資源與存儲(chǔ)資源利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行整合,然后以不同的形式提供給需求用戶[6]。相比于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算方式,云計(jì)算的獨(dú)有的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在:(1)規(guī)模大。提供云服務(wù)的多家企業(yè)都擁有幾十萬(wàn)計(jì)的服務(wù)器,具有強(qiáng)大的計(jì)算能力;(2)虛擬處理與實(shí)時(shí)共享。云計(jì)算借助于互聯(lián)網(wǎng)可以向任何位置的用戶提供來(lái)自“云”的資源,并不要求用戶訪問(wèn)位于某一具體實(shí)體機(jī)上的資源,而且可以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的資源傳輸與實(shí)時(shí)共享;(3)高性價(jià)比。承載資源的“云”由較為廉價(jià)的節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成,但卻提供可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)平臺(tái),以及可完成類似于超級(jí)計(jì)算這樣強(qiáng)大的云計(jì)算任務(wù)[7-8]。綜合分析上述云計(jì)算的主要特點(diǎn)我們可以知道,云計(jì)算技術(shù)的主要功能就是對(duì)來(lái)自于云平臺(tái)數(shù)據(jù)接口的各種大數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和共享,再根據(jù)需求計(jì)算與分析這些數(shù)據(jù)來(lái)解決相關(guān)的問(wèn)題。智慧健康的發(fā)展,伴隨著海量的健康數(shù)據(jù),如何有效利用這些數(shù)據(jù)對(duì)云計(jì)算技術(shù)提出了新的要求,健康大數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)和計(jì)算的高要求間接推動(dòng)了云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展及其與云計(jì)算的結(jié)合,而人們利用云計(jì)算技術(shù)對(duì)健康大數(shù)據(jù)進(jìn)行充分計(jì)算和分析又可以很好地幫助發(fā)現(xiàn)和解決相關(guān)的健康問(wèn)題,云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)成為智慧健康發(fā)展過(guò)程中不可或缺的一部分。

        2 智慧健康系統(tǒng)中的云計(jì)算平臺(tái)

        智慧健康旨在幫助用戶自主管理健康,而實(shí)現(xiàn)這一功能則需要一套由多個(gè)功能模塊或功能層組成的智慧健康體系來(lái)共同完成。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)智慧健康系統(tǒng)都有較多的研究,借助于相關(guān)學(xué)者對(duì)智慧健康系統(tǒng)架構(gòu)以及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算體系架構(gòu)的研究成果,本文將智慧健康體系架構(gòu)主要?jiǎng)澐譃槲鍖樱?]:(1)對(duì)象層。這一層主要是健康數(shù)據(jù)的來(lái)源層,可以分為人和健康設(shè)備兩個(gè)部分,人主要包括用戶自身以及相關(guān)醫(yī)務(wù)人員,而健康設(shè)備主要是用于記錄各項(xiàng)生命體征和健康指標(biāo)的電子設(shè)備;(2)數(shù)據(jù)感知層。主要是通過(guò)移動(dòng)可穿戴式設(shè)備以及二維碼標(biāo)簽和標(biāo)識(shí)器、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器感知和記錄健康數(shù)據(jù);(3)數(shù)據(jù)處理層。主要包括健康大數(shù)據(jù)和云計(jì)算平臺(tái),接受數(shù)據(jù)感知層的健康數(shù)據(jù),完成對(duì)這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析計(jì)算;(4)網(wǎng)絡(luò)層。利用無(wú)線(比如WiFi技術(shù))和有線(如3G、4G技術(shù)等)等網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)對(duì)處理層的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和共享,主要確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩C苄院蛯?shí)時(shí)性;(5)應(yīng)用服務(wù)層。主要是利用處理后的健康大數(shù)據(jù)為用戶提供相關(guān)的健康服務(wù),包括生命體征檢測(cè)、個(gè)人健康管理以及視頻會(huì)診等。在整個(gè)體系架構(gòu)中,云計(jì)算平臺(tái)主要發(fā)揮著“承上啟下”的作用,下文將主要介紹云計(jì)算平臺(tái)所處的數(shù)據(jù)處理層與感知層和網(wǎng)絡(luò)層之間的關(guān)系及其功能的實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)下圖1。

        圖1 云計(jì)算技術(shù)在智慧健康系統(tǒng)中的功能圖

        2.1 接收感知層健康數(shù)據(jù)

        感知層通過(guò)一系列的智能傳感器(比如智能手環(huán)、血壓測(cè)量?jī)x、心電測(cè)量?jī)x等)感知并記錄相關(guān)的生命體征和健康指標(biāo)數(shù)據(jù),不同類型的傳感器收集不同的健康數(shù)據(jù),并沿著傳感器節(jié)點(diǎn)匯聚到用戶可管理的管理節(jié)點(diǎn),這在一定程度上也保證了健康數(shù)據(jù)的可區(qū)分度和準(zhǔn)確度;除此之外,數(shù)據(jù)感知層還可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(比如二維碼和條形碼識(shí)別器、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器)自動(dòng)識(shí)別并記錄這一類數(shù)據(jù)。借助于數(shù)據(jù)端口可以將由智能傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到的健康數(shù)據(jù)傳送至云計(jì)算平臺(tái),云平臺(tái)再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并根據(jù)用戶的健康需求分析數(shù)據(jù),再進(jìn)行健康數(shù)據(jù)的傳輸與共享。

        2.2 借助網(wǎng)絡(luò)層傳輸健康數(shù)據(jù)

        云計(jì)算這一分布式系統(tǒng)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)為任何位置的用戶提供實(shí)時(shí)的、高效的計(jì)算與存儲(chǔ)資源,在智慧健康體系結(jié)構(gòu)中,位于數(shù)據(jù)處理層的云計(jì)算技術(shù)借助于上層的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)(包括有線和無(wú)線)傳輸健康數(shù)據(jù)為需求用戶提供健康服務(wù)。通訊技術(shù)的快速發(fā)展引領(lǐng)我們邁入4G時(shí)代,滿足了健康數(shù)據(jù)的龐大性、復(fù)雜性和多樣性對(duì)數(shù)據(jù)傳輸高效率與高質(zhì)量的要求,網(wǎng)絡(luò)的可及性和客戶端的低門檻操作性使得用戶能夠隨時(shí)隨地獲得相關(guān)的健康信息以及享受健康服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的成熟既促進(jìn)了“健康云資源”的發(fā)展,又為用戶獲取健康服務(wù)提供了多元化的途徑。

        3 討論

        3.1 加強(qiáng)對(duì)健康數(shù)據(jù)安全與隱私的保護(hù)

        智慧健康體系中的云計(jì)算平臺(tái)中必然會(huì)存儲(chǔ)和傳輸龐大的健康數(shù)據(jù),對(duì)于用戶而言,其首要的安全目標(biāo)就是保證健康數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中的安全以及對(duì)于敏感類健康數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)。提供云服務(wù)的大多都是帶有商業(yè)性質(zhì)的企業(yè),這就很難保證云服務(wù)商不會(huì)惡意泄露用戶的健康數(shù)據(jù)來(lái)為自己謀利或者是直接利用平臺(tái)本身存儲(chǔ)的用戶的健康數(shù)據(jù),通過(guò)分析用戶行為間接地掌握用戶的習(xí)慣來(lái)針對(duì)性地提供健康服務(wù)[10]。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的進(jìn)步,存儲(chǔ)在“云”中的健康數(shù)據(jù)可能遭遇網(wǎng)絡(luò)入侵而被泄露,也有可能在傳輸?shù)倪^(guò)程中被第三方非法截?。?1]。因此,我們可以從安全技術(shù)和政策制定兩個(gè)方面來(lái)加強(qiáng)對(duì)健康數(shù)據(jù)安全和隱私的保護(hù)。首先是在完善安全技術(shù)方面,安全技術(shù)可以從存儲(chǔ)安全和傳輸安全兩個(gè)角度考慮,存儲(chǔ)安全是指數(shù)據(jù)需要在安全的地方進(jìn)行存儲(chǔ),這就包括利用相關(guān)的物理隔離或邏輯隔離技術(shù)對(duì)健康數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離以及入侵檢測(cè)和防火墻的設(shè)置,為了防止自然因素帶來(lái)的不可抗力的影響以及病毒、黑客的入侵造成的數(shù)據(jù)丟失,還可以對(duì)存儲(chǔ)的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行備份設(shè)置;傳輸安全就是指健康數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中的安全性,在多數(shù)情況下都會(huì)采取加密傳輸?shù)姆椒ǎ▽?duì)稱和非對(duì)稱密鑰技術(shù)、數(shù)字簽名和第三方認(rèn)證技術(shù)等[10,12]。其次就是加速相關(guān)的政策制定,目前對(duì)云計(jì)算中隱私數(shù)據(jù)的保護(hù)政策并不成熟,云計(jì)算技術(shù)作為一個(gè)具有極大網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)效益的新興領(lǐng)域,法律所具有的滯后性這一特點(diǎn)也必然會(huì)影響云計(jì)算本領(lǐng)域以及與其相關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域的發(fā)展,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,這在將來(lái)也會(huì)給社會(huì)帶來(lái)巨大的矯正成本[13]。因此,在云計(jì)算與其他產(chǎn)業(yè)進(jìn)行融合發(fā)展的初期,就應(yīng)當(dāng)加速制定相關(guān)的監(jiān)管政策以及法律,加強(qiáng)對(duì)云服務(wù)商的監(jiān)督和管制。

        3.2 提高健康數(shù)據(jù)的可靠程度

        從智慧健康體系架構(gòu)可看出,我們?cè)谑占⑻幚?、傳輸這些健康數(shù)據(jù)之后,最終還是要回歸到信息服務(wù)這一層面,即提供相關(guān)的醫(yī)療健康服務(wù)。因此,為了提供有效、準(zhǔn)確且高質(zhì)量的健康服務(wù),我們需要通過(guò)完善每個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)提高健康數(shù)據(jù)的可靠性。首先要提高智能傳感器感知健康數(shù)據(jù)的精確性,為后續(xù)的健康數(shù)據(jù)分析打下基礎(chǔ)。我們可以通過(guò)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)包括有不同類別傳感器的感知體系,每種傳感器能感知并收集其對(duì)應(yīng)的生命體征和相關(guān)健康指標(biāo)的數(shù)據(jù),再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將這些健康數(shù)據(jù)發(fā)送至云平臺(tái)為用戶提供健康服務(wù)[14];當(dāng)然,在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算之前我們還可以利用Benford法則等評(píng)估算法對(duì)這些健康數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)[15]。其次就是完善云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)。面對(duì)如此龐大且關(guān)系復(fù)雜的健康數(shù)據(jù),云計(jì)算平臺(tái)需要具備海量數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)和訪問(wèn)、管理以及并行處理的能力,最具有代表性的就是Google公司研發(fā)的三大云計(jì)算技術(shù)GFS、MapReduce和Bigtable就可以很好的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、海量分析和協(xié)同處理功能[16]。在利用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析之前,我們首先要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,然后再采用聚類、分類等方法對(duì)數(shù)據(jù)歸類和關(guān)聯(lián),最后再借助云計(jì)算技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)健康大數(shù)據(jù)的超級(jí)計(jì)算。最后就是確保健康數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的保真度。網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的進(jìn)步在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋谴_保數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量也同等重要。為盡可能地降低健康數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的誤碼率,一方面我們可以使用高質(zhì)量的硬件設(shè)備保證信號(hào)的傳輸,另一方面還可以通過(guò)采用面向信道編碼的糾錯(cuò)技術(shù)、結(jié)合編解碼器與信道編碼的糾錯(cuò)技術(shù)以及相關(guān)的控制擁塞技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)[17]。

        4 結(jié)語(yǔ)

        近幾年來(lái)在“互聯(lián)網(wǎng)+”熱潮的推動(dòng)之下,作為新一代健康的智慧健康成為了新的研究熱點(diǎn)并得到了迅速的發(fā)展,伴隨著這一新的健康模式的是極具研究和開(kāi)發(fā)潛力的健康大數(shù)據(jù)。云計(jì)算技術(shù)滿足了對(duì)這些健康數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算分析和共享的要求,因此云計(jì)算這一領(lǐng)域也與智慧健康聯(lián)系的更為緊密。云計(jì)算在智慧健康系統(tǒng)中通過(guò)數(shù)據(jù)接口接收數(shù)據(jù)感知層的數(shù)據(jù),對(duì)健康數(shù)據(jù)進(jìn)行處理之后又借助于網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)綉?yīng)用層服務(wù)于需求方,但其在智慧健康系統(tǒng)中的應(yīng)用還不是很成熟,因此仍需要在技術(shù)上和政策上加以規(guī)范,這樣才能保證兩者真正的融合以及健康地發(fā)展。

        [1] CNNIC發(fā)布第37次《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》[J]. 國(guó)家圖書(shū)館學(xué)刊,2016,02:76.

        [2] 崔雷,張晗.醫(yī)學(xué)網(wǎng)址評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法[J].情報(bào)理論與實(shí)踐,2000,23(4):280-282

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        Smart Health and Cloudcomputing

        HU Zhe, XIANG Fi, JIN Xin-zheng*
        (Research Centre of Health Information Resource, HUST, Wuhan 430030, Hubei, China)

        Recently, with the rising requirements of self-management to improve people's health, and the rapid development of health big data and Cloudcomputing technology, the integration of Smart Health and Cloudcomputing is becoming increasingly closer. To research the role the Cloudcomputing plays in the Smart Health system, the paper starts with the architecture of Smart Health, then determines the functional connection of data processing layer where the Cloudcomputing belongs to with the network layer and the perceived layer. According to the function of Cloudcomputing in the system of Smart Health, the paper does in-depth analysis on the aspects of health data security and privacy, and the reliability of health data,then it also makes some recommendations.

        Smart Health; Cloudcomputing; Health Data

        “國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目”資助(項(xiàng)目編號(hào):2008BAI52B00)

        胡哲,男,本科生在讀,專業(yè):信息管理與信息系統(tǒng)。

        金新政,男,華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院 管理學(xué)教授,研究生導(dǎo)師,系華中科技大學(xué)健康信息資源研究中心主任。主要研究方向是信息管理、衛(wèi)生事業(yè)管理和軟科學(xué)。

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