腰部和骨盆运动比较斜线和长线上旋在乒乓球正手:基于肌肉骨骼模型
韩宇奇他
Minjun梁
Yufei方
Gusztav Fekete
朱利安·贝克
Yaodong顾- 1医学研究院结合体育、宁波第二医院,中国宁波
- 2潘诺尼亚大学工学院、Veszprem匈牙利
- 3Savaria理工的松博特海伊,匈牙利罗兰大学
- 4体育科学学院、宁波大学、宁波、中国
- 5体育部门、体育与健康、香港浸会大学、香港、中国
作品简介:和长线上旋正手斜线是乒乓球的常见的中风和基本技能。本研究的目的是探讨腰部和骨盆运动之间的差异和长线上旋正手斜线的中风在乒乓球基于使用OpenSim肌肉骨骼的要求。
材料与方法:力的eight-camera Vicon系统和基斯特勒公司平台被用来测量腰部和骨盆运动的运动学和动力学的十六个参与者(重量:69.89±1.58公斤;高度:1.73±0.03米;年龄:22.89±2.03年;体重指数:23.45±0.69公斤/米2;经验:8.33±0.71年)期间,长线上旋正手斜线的玩。数据是估算到OpenSim Giat2392肌肉骨骼模型的建立提供模拟。一维统计参数映射和独立样本t检验进行了MATLAB和SPSS分析运动学和动力学。
结果:结果表明,运动的范围,高峰时刻,腰部和骨盆运动的最大角打斜线的明显高于长线中风。远途的时刻在矢状面和额飞机明显高于女选手在中风的早期阶段。
结论:腰部和骨盆体现更大的重量转移和增加能源生产机制,当球员相比,长线上旋正手斜线的执行。初学者可以增强他们的电机控制策略在正手上旋球的技能和掌握这个技巧更容易基于这项研究的结果。
介绍
上旋正手被认为是其中最在乒乓球基于高速攻击中风和快速旋转(Poizat et al ., 2004;钱et al ., 2016;他et al ., 2020年;他et al ., 2022一个)。上旋的掌握正手也被认为是区分优秀运动员的重要因素(Iino小岛,2011;他et al ., 2020年)。固有的生物力学机制上旋正手被广泛报道在以前的研究中,如关节运动学(Iino小岛,2009;他et al ., 2020年;他et al ., 2021一个)和动力学(Iino小岛,2011),地面反作用力(平)(周et al ., 2021 a)、足底压力(傅et al ., 2016;林et al ., 2019;他et al ., 2021 b)和肌电图(EMG)和信息关于肌肉收缩动力学(Le Mansec et al ., 2018;陈et al ., 2022)。这些研究充分说明研究的价值和意义的生物力学内在机制上旋正手。
球的速度和准确性,以及成功率的主要因素是中风的质量(Landlinger et al ., 2012;身et al ., 2019)。球速度的关键作用乒乓球支持中风的优化技巧和不同的性能水平的球员。躯干旋转强烈与球拍的速度(Akutagawa小岛,2005)。由于骨盆运动的关键作用的轴向旋转躯干旋转和冲击速度、骨盆运动中扮演着关键角色在强大的撞击运动,如乒乓球、网球和棒球(艾略特和扎齐奥尔斯基,2000年;Akutagawa小岛,2005)。乒乓球的水平速度的球拍在峰值上旋正手击球是得益于盆腔自转角速度和骨盆自转力矩在玩手端(Iino 2018;他et al ., 2022一个)。为了保持强大的竞争力,玩家需要增加他们玩手通过优化中风的加速技巧和力量链传动的效率,带来收益的自旋效应和飞行速度球在上旋正手(钱et al ., 2016;林et al ., 2019;他et al ., 2020年;陈et al ., 2022)。在网球比赛中,旋转运动的树干在水平面非常频繁(Muyor et al ., 2013)。在棒球比赛中,躯干和腿的转动被报道为地面中风的重要电源(艾略特和扎齐奥尔斯基,2000年;Akutagawa小岛,2005)。尽管大量的先前的研究和证据强烈支持最优躯干旋转的发展是最重要的因素之一,掌握上旋中风(Akutagawa小岛,2005),然而,人类骨盆的运动特征几乎没有专门研究和报道在乒乓球上旋正手击球。
肌肉骨骼模型的开发研究人体结构在运动的力学性能是一个重要和常用工具领域的生物力学研究。重建基于运动捕获数据允许访问其他感兴趣的变量来解释一些现象和内在模式。OpenSim的例子包括肌肉骨骼模型的重建和Visual3D计算关节运动学,动力学,和肌肉力量在运动(赛斯et al ., 2018;Dorschky et al ., 2019;·尼奇克et al ., 2020)。Iino (2018)OpenSim中创建了一个肌肉骨骼模型和调查期间下肢肌肉的肌肉工作上旋正手击球(Iino et al ., 2018)。杨et al。(2022)计算的下肢关节角度和时刻36精英乒乓球运动员在chasse-step步法OpenSim探讨性别差异(杨et al ., 2022)。他et al。(2022)研究下肢肌肉力量,关节运动学和动力学联合在步法上旋正手使用OpenSim (他et al ., 2022 b)。证据显示模拟使用肌肉骨骼模型获取关键信息是可行的和公认的解释机制乒乓球上旋正手击球动作。
作为一个典型的单手拍运动,乒乓球已经证明有很坏的影响在树干的对称,对称失衡是导致运动损伤的关键因素之一(Bańkosz Barczyk-Pawelec, 2020)。内部机制的揭示的腰部和骨盆运动在乒乓球击球法可以为探索运动损伤提供参考信息对称失衡造成的。技术和战术技能的不断相互作用是至关重要的赢得竞争中的每个点游戏(身et al ., 2019)。实现战术目标,运动员需要执行特定的技能(身et al ., 2019)。(CC)上旋正手斜线的重要性体现在CC的一直是研究的对象或车辆先前的研究在生物力学上的乒乓球(Iino小岛,2011;Malagoli Lanzoni et al ., 2018;他et al ., 2020年;他et al ., 2021一个;邢et al ., 2022)。此外,长线(LL)上旋正手,基本笔画的球拍运动,已被广泛研究不仅在乒乓球还在网球(Landlinger et al ., 2010;佩德罗et al ., 2022)。上旋正手击球技术的功能作用在影响策略导致球员能够优化他们的技能来增强他们的成功策略,进一步确保在比赛中一个有利的位置。尽管先前的研究已经调查了运动学CC和你之间的区别(Malagoli Lanzoni et al ., 2018;他et al ., 2020年),腰部和骨盆运动和动力学信息没有被测量和分析。总而言之,本研究旨在使用OpenSim软件模拟肌肉骨骼模型探讨CC在腰部和骨盆运动,在乒乓球上旋正手击球。首先,本研究可以应用于指导乒乓球运动员的指导和培训,尤其是对新手玩家认识到腰的作用和骨盆运动优化上旋正手击球技术在比赛中应用。其次,运动信息可以提供探索受伤的风险在乒乓球或者其他球拍运动。本研究的假设是,CC和LL上旋球正手显示显著不同的运动学和动力学,并在横向平面将明显的区别。
方法
参与者
十六岁男子乒乓球运动员从宁波大学乒乓球队自愿参与本研究并提供书面知情同意后,本研究的目的和过程解释道。所有的参与者在全国性性能水平和右撇子,以及不受任何神经肌肉损伤在过去6个月。参与者所示的统计信息表1。宁波大学的伦理委员会批准了这项研究。
表1。人口统计信息。
实验协议和设备
实验进行了生物力学实验室的宁波大学研究学院大健康。所示图1,参与者被捕获的运动学eight-camera Vicon动作捕捉系统(英国牛津指标,牛津)这是设置的采样频率200赫兹。参与者都被一个力量平台的动力学(瑞士Kistler)使用采样频率为1000赫兹。电子设备用于数据采集都是连接到实现多参数测试数据的同步采集。Gait2392模型被选中来模拟运动参与者的OpenSim(斯坦福大学、斯坦福、钙、美国),和39反光标记(直径12.5毫米)位置是根据先前的研究(复制Delp et al ., 2007)。
图1。实验环境和设置。
参与者使用统一的球拍(蝴蝶Tenergy 05马克斯和DHC飓风3胶皮),球(D40 +,双喜体育公司,上海,中国),和玩表(彩虹,双喜体育公司,上海,中国),以及比赛乒乓球鞋和紧身衣在实验。
过程
开始正式测试前,参与者被允许完整的静态拉伸5分钟和10分钟的热身运行在一个宽敞的区域。受试者被要求站在力平台完成静态坐标收集过程将反光标记后受试者的身体。检查所有设备的操作和帮助受试者快速熟悉实验室环境中,受试者被要求执行五上旋正手击球的任务之前,正式数据收集会话。
所示图1在正式测试,教练拍摄球与正常服务的影响区域(0.25米* 0.3米)。这个主题站玩表的右边,被要求执行上旋中风正手回球的长线目标区域(0.25米* 0.3米)和斜线的目标区域(0.25米* 0.3米),分别。CC上旋正手开始,然后执行我的正手上旋球。没有休息时间在正式测试,直到成功5试验数据记录CC和LL上旋球为每个参与者正手,分别。主体和一个合格的教练来判断运动在测试期间的质量。测试数据被排除在外,如果球的落点是目标区域和运动质量的质疑。与此同时,数据性能也被用来评估数据收集的有效性。影响和目标区域的大小设置一样在先前的研究(周et al ., 2021 a;他et al ., 2022 b)。
定义
在这项研究中,只有向前摆动阶段期间中风中的数据收集和分析。骨盆运动在横向平面定义为骨盆自转(PAR),以及腰椎运动矢状,额,和横向平面,定义为木材弯曲(低频),腰左外侧弯曲(法学学士),和腰椎轴向旋转(政治)在这项研究。
所示图2,“A”、“B”和“C”是CC和LL上旋球正手击球过程中完整的身体,腰,分别和骨盆的观点。此外,“得了”,“胃肠道”,和“m-o”在CC和“d-f”,“j-l”,和“p-r”会显示“落后的摇摆(EB)的终结”,“中等向前摆动(MF)”,和“远期摇摆(EF)的终结”,分别。EB的定义、MF和EF完成Vicon Nexus 1.8.6软件(英国牛津指标,牛津大学)。当平波到达第一个峰值是定义为EB。第一个峰值在平波后,中值被定义为曼氏金融。第二个峰值在平波定义为EF。
图2。CC的人工肌肉骨骼模型和图上旋正手击球。(一)表明上旋正手击球的过程。(a - c)和(d-f)表明CC和你分别。(B)显示了腰部和骨盆运动在上旋正手击球。(胃肠道)和(j-l)表明CC和你分别。(C)显示了上旋正手击球时骨盆运动。(m-o)和(p-r)分别表示CC和我。
数据处理
所示图3在CC、天然气采收率和运动学数据,确定了上旋正手和收购利用Vicon Nexus 1.8.6软件。导出的数据从c3d Vicon联系。格式文件,并使用MATLAB R2019a (MathWorks纳蒂克,妈,美国)执行坐标系统转换,低通滤波,提取数据,所有数据和格式的谈话。详细的过程,在MATLAB R2019已经在先前的研究(周et al ., 2021 b;他et al ., 2022 b)如下:坐标转换为后续仿真坐标系统,筛选标记轨迹和天然气采收率和转换格式的数据。和非常贴切。OpenSim所需的格式。受试者是导入OpenSim的静力学模型和人体模型。然后我们确定了肌肉的开始和结束点,确保目前武器符合主体的肢体的长度(Delp et al ., 2007;他et al ., 2022 b)。我们使用了逆运动学工具(反向)计算运动学数据的主题在CC和LL上旋球正手和创建了一个使用非常贴切的动作文件格式。然后我们进口天然气采收率和标记文件使用逆动力学计算工具(ID)和联合的时刻。OpenSim中,解决了加权最小二乘问题的动力学函数最小化的距离标记的实验和虚拟之间的位置;广义的位置、速度和加速度的运动模型定义,导致未知的广义力计算的已知运动变量。
图3。流程图和数据处理。
统计分析
运动学和骨盆和腰椎的时刻被一维分析统计参数映射在MATLAB R2019a (SPM1d)分析。罗和峰值的时刻由独立样本t检验分析了骨盆和腰椎在SPSS 24.0 (SPSS Inc .)、芝加哥、IL,美国)。SPM分析,我们执行自定义脚本在MATLAB消耗所有数据的时间序列曲线101数据点。本研究设置为显著性水平p< 0.05。
结果
腰椎运动
表2;图4显示SPM1d分析结果的角度和政治时刻,法学学士,低频CC和上旋正手。守护神,会时刻显示出显著高于CC 0% - -1.75% (p= 0.045,t= 3.331)和-28.14% (3.80%p< 0.001,t= 3.331)阶段,和一个更高的角度在3.30% - -22.79% (p< 0.001,t= 3.129)阶段。然而,会显示一个显著降低力矩和角度在34.51% - -57.98% (p< 0.001,t= 3.331)和-60.43% (30.29%p< 0.001,t分别比CC = 3.129)阶段。法学学士,CC时刻显示出显著高于会在27.93% - -49.48% (p< 0.001,t= 3.258),55.56% - -72.87% (p< 0.001,t= 3.258),97.38% - -100% (p= 0.043,t= 3.258)阶段,和一个更高的角度在12.29% - -75.30% (p< 0.001,t= 3.125)和-100% (85.68%p= 0.004,t= 3.125)阶段。会显示一个明显高于时刻在1.30% - -19.81% (p< 0.001,t比CC = 3.258)阶段。在低频的时候会在6.38% - -29.08%明显高于CC (p< 0.001,t= 3.344)和-99.25% (90.29%p= 0.003,t= 3.344)阶段,和角高于CC (55.13% - -100%p< 0.001,t= 3.08)阶段。CC显示明显高于时刻0% -2.52% (p= 0.04,t= 3.344),37.81% - -58.06% (p< 0.001,t= 3.344)和-76.60% (63.86%p< 0.001,t= 3.344)阶段,和一个更高的角度在5.26% - -10.63% (p= 0.038,t= 3.080)和-39.10% (18.40%p= 0.001,t比你= 3.080)阶段。
表2。力矩和角度SPM分析的结果。(单位:%)。
图4。说明结果的角度和时刻的守护神,法学学士,低频CC和我之间的上旋正手显示SPM1d输出。灰色阴影区域表示有显著差异(p< 0.05)CC和我之间。会显示长线上旋正手,CC表示,上旋正手斜线。
所示表3;图5法学学士,罗和最大力矩和低频CC明显高于LL(罗:t= 16.55,p= 0;t= 12.139,p= 0。高峰时刻:t=−3.396,p= 0.002;t= 3.412,p= 0.003)。最大的政治、法学学士和CC的低频明显高于会(t=−2.84,p= 0.008;t= 13.206,p= 0;t=−3.307,p= 0.003)。
表3。比较罗、最大力矩和最大角之间的腰部和骨盆运动CC和上旋正手。
图5。腰椎运动的Rom和最大力矩比较CC和上旋正手。“*”表示一个重要的区别和CC。会表明长线上旋正手,CC表示,上旋正手斜线。守护神表明腰椎轴向旋转,法学学士表明腰离开横向弯曲,如果显示腰椎弯曲。
骨盆轴向旋转
表2;图6显示SPM1d分析结果之间的角度和标准的时刻CC和上旋正手。CC的PAR角明显高于会在10.29% - -78.31% (p< 0.001,t= 2.86)和-100% (88.90%p= 0.027,t= 2.86),但明显低于会在0% - -1.69% (p= 0.049,t= 2.86)阶段。CC的PAR的时刻是明显高于会在4.15% - -30.01% (p< 0.001,t= 3.288)阶段,明显低于会在45.01% - -80.63% (p< 0.001,t= 3.288)阶段。
图6。说明结果的角度和时刻的PAR CC和我之间的上旋正手显示SPM1d输出。灰色阴影区域表示有显著差异(p< 0.05)CC和我之间。会显示长线上旋正手,CC表示,上旋正手斜线。
所示表3;图7CC,最大面值是明显高于LL (t=−9.627,p= 0),罗和最大力矩的PAR CC明显高于LL (p= 0,t= 12.798;p= 0.034,t= 2.245)。
图7。罗和峰值时刻的比较标准CC和上旋正手。“*”表示一个重要的区别和CC。会表明长线上旋正手,CC表示,上旋正手斜线。
讨论
本研究模拟OpenSim中的肌肉骨骼模型探讨腰椎和骨盆运动区别CC和上旋在乒乓球正手。本研究的关键发现是(钱et al ., 2016CC)的主要区别和LL上旋球正手腰椎运动被发现在法学学士和低频,罗,高峰时刻,法学学士和低频CC的最大角明显高于LL (他et al ., 2022一个);罗,最大力矩和最大角PAR CC明显高于LL (Poizat et al ., 2004);会在低频和法学学士的时刻是明显高于CC中风早期阶段。当前的研究的结果与我们的假设一致,CC和会显示显著差异在腰部和骨盆运动在横向平面上。调查之间的差异在腰部和骨盆运动CC和LL上旋球正手可以提供教练和球员理解指南固有的机制从生物力学的角度看,特别是信息可以帮助初学者构建意识CC和LL上旋球正手技巧更容易提高中风技能和运动控制。
腰椎运动被广泛关注,尤其是在球拍运动。罗和最大角的法学学士和低频在CC明显高于在这项研究。这可以解释为CC的目标区域的左侧玩身体,和球员需要调整他们的身体正确地击球。更高的LLB Rom和最大角可以完成体重转移可能受益的能量转移从树干到后上肢proximal-to-distal动力链节段序列(傅et al ., 2016;Bańkosz Winiarski, 2018;林et al ., 2019;他et al ., 2022 b)。高低频的CC可能意味着更向前移动重心在矢状面,此外,重心的转变将导致更大的能量转移,这可能意味着更大的球拍加速向前摆动阶段。在以前的研究中,腰痛(LBP)运动员的球拍运动被认为是与腰椎运动密切相关川崎et al ., 2005;坎贝尔et al ., 2013;坎贝尔et al ., 2014;Connolly et al ., 2020;Connolly et al ., 2021)。腰节为主要核心区域的身体中起协调作用的复合运动上、下肢,然而,这也是腰痛的主要原因,因为在上旋正手电机,法学学士,守护神,如果同时发生,“耦合运动”可能带来更多的压力和负载椎结构比单一平面运动(Gunzburg et al ., 1992;Haberl et al ., 2004)。之前的研究表明,32%的运动员经历腰痛和脊柱后立即在比赛或训练,甚至有36%的运动员退出培训由于疼痛(他et al ., 2022一个)。上旋正手,运动员的单侧上肢需要用最大力量击球,这常常会导致全身参与,增加中风的影响通过一个大转移的全身重量。然而,脚在电脑端需要锁在地上身体保持动态平衡。大量重复的补偿运动导致严重超载的后端盘和造成伤害。此外,大大增强低频最大角和最大力矩和法学学士在CC相对于你可能意味着更大的受伤的风险。
上旋正手已经存在广泛的研究,但很少有研究报道在骨盆运动上旋球正手击球的详细信息。结果表明,罗,最大力矩和最大角的PAR CC明显高于我。PAR的ROM价值在这个研究与研究基本上是一致的Bańkosz和Winiarski (2018)和Malagoli Lanzoni et al。(2018)分别,这表明在上旋正手,球员们遵循稳定电机反复程序并执行它,这可能是逐渐固定和标准化在日常训练和实践。球员会做一些小的调整自己的运动模式在比赛中根据情况的变化,最后完成中风的任务。先前的研究已经报道的重要作用盆腔轴向旋转球拍加速(Iino 2018;夏et al ., 2020),甚至躯干旋转可能是最关键因素发展的球拍的速度(Landlinger et al ., 2010观察),更高的速度在网球(CC与我相比Landlinger et al ., 2010)。CC有比我更长的轨迹(Malagoli Lanzoni et al ., 2018),目标区域的左边玩身体,这些结果在球员试图让球拍加速向前挥拍阶段通过完整的肌肉伸长和更大的轴向旋转的树干在CC。罗和峰值时刻CC的票面价值明显高于在会在当前的研究中,这也可能是链接到更多的重量转移可能带来更多的能量转移,进一步增强球拍加速(他et al ., 2022 b),因为在手臂在身体的端点在中风电机项目遵循proximal-to-distal动力学链节段序列(傅et al ., 2016;Bańkosz Winiarski, 2018;林et al ., 2019;他et al ., 2022 b)。然而,骨盆运动的结果抄送与我之间不同的研究Malagoli Lanzoni et al。(2018)。这是由于不同的计算,在他们的研究的角度计算轴向骨盆运动相对于表,而不是基于玩家的身体,和球员的脚的位置击球时没有考虑,球员的位置在CC和我不同,所以骨盆的运动信息不够全面,如果只有在评估表作为参考。会在低频和法学学士的时刻是明显高于CC中风早期阶段。这个结果可以支持的假设邢et al。(2022)在讨论部分。此外,这可能是解释说,会有一个更短的轨迹(Malagoli Lanzoni et al ., 2018少)和向前摆动时间与CC (邢et al ., 2022),这导致球员们必须尽快把他们的肌肉,在有限的时间内获得更多的弹性能量来完成一个有吸引力的中风。另一方面,较短的运行轨迹球的球员会意味着更短的反应时间,这也进一步要求球员返回到原来的位置在接下来的中风。这就能解释在ROM和最大低频角和法学学士明显低于CC。
后理解之间的差异CC的腰部和骨盆的运动,将上旋正手,玩家可以增强腰部和骨盆的运动控制运动根据运动的特点,通过加强核心力量改善腰椎的爆发力和骨盆运动或灵活性训练增强腰部和骨盆的协同作用,因为这些模式能够提高能量转移水平的权力链和提高性能。初学者可以快速理解的作用和贡献的腰部和骨盆上旋正手技巧基于这项研究的结果,从而使它容易掌握CC和上旋正手技巧。
有几本研究的局限性,必须提到的(钱et al ., 2016):本研究的结果是限于男子乒乓球运动员;因此,结果可能不是可概括的女性玩家(他et al ., 2022一个);这项研究的结果在实验室环境中生成,结果可能不准确与一个真实的游戏环境,例如,球员需要判断下一个球的旋转和方向,这可能会导致玩家不得不调整自己的身体,以确保他们可以移动到正确的位置在所有时间(Poizat et al ., 2004);在每个阶段的运动时间中风和球拍速度应以进一步的研究。
结论
本研究分析和比较腰部和骨盆的运动在CC和上旋正手。结果表明,腰部和骨盆体现更大的重量转移和增加能源生产机制,当玩家进行抄送与我相比,重要的是要注意,球员也面临更大的风险在CC腰椎损伤。初学者可以提高他们的运动控制策略在正手上旋球的技能和掌握这个技巧更容易基于本研究的发现。
数据可用性声明
原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。
道德声明
这些研究涉及人类受试者进行审核和批准由宁波大学。患者/参与者提供了他们的书面知情同意参与这项研究。
作者的贡献
YH、GF和YF概念和实验设计工作。YH、ML、GF参与了数据处理和手稿写作。JB和YF帮助修订手稿,手稿的最终批准。所有作者的文章和批准提交的版本。
资金
这项研究是由中国的浙江省自然科学基金杰出青年学者(LR22A020002),中国浙江省重点研究和发展项目(2021 c03130),浙江省自然科学基金(LTGY23H040003) Janos Bolyai匈牙利科学院的研究奖学金(BO / 00047/21/6),医学研究院结合体育、宁波(2023001号),宁波主要医疗卫生学科的项目(编号2022 - f15和2022号-——f22),宁波自然科学基金(20221 jcgy010532和20221 jcgy010607),宁波的公益性科技项目,中国(2021 s134),黄和k·c·麦格纳基金在宁波大学。
确认
我们将欣赏每个参与者的参与。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
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关键词:opensim骨盆旋转,腰椎运动,肌肉骨骼模型,躯干旋转,上旋正手,乒乓球
引用:方他Y,梁M, Y, Fekete G,贝克JS和顾Y(2023)腰部和骨盆运动比较斜线和长线上旋在乒乓球正手:基于肌肉骨骼模型。前面。Bioeng。Biotechnol。11:1185177。doi: 10.3389 / fbioe.2023.1185177
收到:2023年3月13日;接受:09年6月2023;
发表:2023年6月19日。
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