CN117615810A - 直列式消声器和包括该消声器的气道正压治疗设备 - Google Patents
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Abstract
一种与气道正压(PAP)设备一起使用的直列式消声器。该消声器可以提供具有挡板的膨胀室,挡板利用例如干扰气体流动路径捕获声能,以有效地降低与PAP设备产生的加压气体流相关联的下游噪声。在一些实施例中,消声器由两个几乎相同的半部构成,并且这两个半部具有与其一体形成的挡板段。
Description
技术领域
本申请要求2021年7月9日提交的美国临时专利申请No.63/219,963的优先权和/或益处,该美国临时专利申请通过引用整体并入到本文中。
本公开的实施例涉及气道正压系统,并且更具体地涉及与气道正压系统一起使用的直列式(inline)消声器。
背景技术
气道正压(PAP)疗法经常用于治疗阻塞性睡眠呼吸暂停、综合性睡眠呼吸暂停、哮喘、支气管炎、慢性阻塞性肺病(COPD)、打鼾和充血性心力衰竭等疾病。这些治疗通常提供加压气体流(例如,通常为空气,但可以是大多数任何气体或气体蒸汽混合物,包括例如氧气和药物蒸汽),以将使用者的气道加压到4至30厘米(cm)水(H2O)(例如,通常为约4至20cmH2O)或更高的压力。根据特定的治疗,可以向用户施予可变或恒定压力治疗以减少或消除需要使用该治疗的气道阻塞(或以其它方式治疗急性或慢性呼吸衰竭)。
不管具体的治疗如何,气道正压设备通常包括至少一个鼓风机单元和用户接口。还可以包括输送管或软管,以将鼓风机单元连接到用户接口,其中软管和接口可以一起限定输送导管。鼓风机单元可以搁置在床附近的床头柜或地板上(或床上),或者替代地,可以附接到使用者。鼓风机通常可以包括连接到电机的输出轴的风扇或叶轮。控制器调节电机以控制风扇速度,从而控制治疗压力。用户接口被配置为以与用户的气道形成大致气密密封的方式相对于用户的头部固定。结果,风扇可以产生经由输送导管输送到气道的加压气体流。
发明内容
本公开的实施例可以提供一种气道正压设备,包括:流发生器,其包括容纳鼓风机的壳体,所述鼓风机适于在鼓风机出口处产生加压气体流;用户接口;细长的输送管,其定位在所述流发生器与所述用户接口之间,所述输送管适于将来自所述鼓风机的加压气体流传送到所述用户接口;以及直列式消声器,其定位在所述鼓风机和所述输送管之间,其中,所述消声器包括管状构件,所述管状构件适于在气体穿过所述消声器时使与所述加压气体流相关联的噪声衰减。所述消声器包括:入口端口,其适于可操作地联接到所述鼓风机出口;出口端口,其适于可操作地联接到所述输送管的近端;以及主体,其在所述入口端口和所述出口端口之间延伸,其中,所述主体限定膨胀室,所述膨胀室的有效内径大于所述入口端口和所述出口端口两者的有效内径,并且其中,所述主体的内壁包括多个向内延伸的挡板,所述挡板适于捕获与穿过所述膨胀室的所述加压气体流相关联的声能。
在另一实施例中,提供了一种直列式消声器,其适于定位在气道正压设备的气体输送路径内且位于鼓风机和用户接口之间,所述消声器包括由彼此固定的第一半部和第二半部限定的管状壳体。所述壳体包括:第一端,其限定入口端口;第二端,其限定出口端口;以及主体,其在所述第一端和所述第二端之间延伸。所述主体在所述壳体的所述第一端与所述第二端之间限定膨胀室,其中,多个挡板在所述膨胀室的相对的内壁之间延伸。多个挡板中的至少一个由与所述第一半部一体形成的第一挡板段形成,与所述第二半部一体形成的第二挡板段与所述第一挡板段对准,两个挡板段包括在膨胀室内在两个挡板段彼此邻接处或彼此接近处终止的远端部分。
在又一实施例中,提供一种直列式消声器,其适于定位在气道正压设备的气体输送路径内且位于鼓风机和用户接口之间,其中,所述消声器包括管状构件,所述管状构件适于使在所述用户接口处检测到的与由所述鼓风机产生的加压气体流相关联的噪声衰减。所述消声器包括:入口端口,其适于可操作地联接到所述鼓风机的出口;出口端口,其适于可操作地联接到与所述用户接口流体连通的输送管的近端;以及主体,其在所述入口端口和所述出口端口之间延伸。所述主体限定膨胀室,所述膨胀室的有效内径大于所述入口端口和所述出口端口两者的有效内径,并且所述主体的内壁包括多个向内延伸的挡板,所述挡板适于捕获与穿过所述膨胀室的加压气体流相关联的声能。
上述发明内容并非旨在描述每个实施例或每种可能的实施方式。相反,通过结合附图参考以下具体实施例和权利要求,对各种说明性实施例的更完整理解将变得显而易见。
附图说明
将参考附图进一步描述示例性实施例,其中:
图1是根据本公开的实施例的包括直列式消声器的气道正压设备的透视图,该消声器位于鼓风机和用户接口(例如,面罩)之间;
图2是图1的设备的侧视图;
图3是图1的设备的部分的分解透视图;
图4是图1至图3的消声器的单独的透视图;
图5是图4的消声器的端视图;
图6是图4的消声器的分解图;
图7是图4的消声器的一个半部的透视图;
图8是图7的消声器半部的俯视图;
图9A至图9G示出了根据本公开的可选实施例的消声器(每个消声器去除了一个半部),其中:图9A示出了与图8所示类似的消声器挡板构造;图9B示出了使用V形挡板段和平面挡板段两者的挡板构造;图9C示出了仅使用平面挡板段的挡板构造;图9D示出了使用不连续的平面挡板段或具有穿过其形成的孔的平面挡板段的挡板构造;图9E示出了使用蜿蜒蛇形挡板段的挡板构造;图9F示出了使用与流动方向正交的平面挡板段的挡板构造;并且图9G示出了使用V形挡板段和平面挡板段两者的另一挡板构造;
图10A至图10D示出了用于将两个消声器半部彼此固定的各种方法,其中:图10A示出了卡扣配合接合;图10B示出了U形接头密封件;图10C示出了超声波焊接构造;图10D示出了单个消声器半部,示出了替代的卡扣配合接合构造;
图11示出了根据本公开实施例的又一消声器构造(其中一个半部被去除);
图12示出了根据本公开实施例的又一消声器构造(其中一个半部被移除);
图13是用于评估各种消声器的示例性测试构造的框图;
图14A至图14B示出了根据本公开实施例的又一消声器构造,其中:图14A是一个半部被移除的消声器的俯视图;并且图14B是其透视图;并且
图15A至图15B示出了根据本公开实施例的又一消声器构造,其中:图15A是一个半部被移除的消声器的俯视图;并且图15B是其透视图。
这些附图主要是为了清楚而绘制的,因此不一定是按比例绘制的。此外,各种结构/部件,包括但不限于紧固件、电气部件(配线、电缆等)等,可以被示意性地示出或从一些或所有视图中移除以更好地示出所描绘的实施例的方面,或者其中包括这样的结构/部件对于理解各种示例性实施例不是必要的。然而,在特定附图中缺少对这样的结构/部件的说明/描述不应被解释为以任何方式限制任何实施例的范围。
具体实施方式
在以下对说明性实施例的详细描述中,参考了附图,附图形成了说明书的一部分,并且在附图中通过说明的方式示出了可以实践的具体实施例。
本文描述的实施例总体上涉及气道正压设备、系统和方法,并且更具体地涉及与气道正压设备、系统和方法一起使用的直列式消声器。虽然本文主要在睡眠呼吸障碍的治疗的背景下进行描述,但是本领域技术人员将认识到,相同或相似的实施例适用于大多数任何辅助呼吸或通气系统,并且实际上适用于大多数任何气道正压设备/系统。本文所述实施例的变化、组合和修改对于本领域技术人员将是显而易见的,并且应当理解,本公开不限于本文所述的示例性实施例。
除非特别说明,否则所提供的所有标题都是为了方便读者,而不应被用于限制标题之后的任何文本的含义。此外,除非另外指明,否则说明书和权利要求书中的所有表示数量的数字和所有表示方向/取向(例如,竖直、水平、平行、垂直等)的术语均应理解为由术语“约”修饰。术语“和/或”(如果使用的话)是指所列要素中的一个或全部或者所列要素中的任何两个或更多个的组合。术语“i.e.”用作拉丁短语id est的缩写词并且表示“也就是说”。术语“e.g.”用作拉丁短语exempli gratia的缩写并表示“例如”。
应注意的是,术语“具有”、“包括”、“包含”及其变体不具有限制性含义,并且以其开放式意义使用,以一般地表示“包括但不限于”,其中这些术语出现在所附说明书和权利要求书中。此外,“一”、“一个”、“该”、“至少一个”和“一个或多个”在本文中可互换使用。此外,诸如“左”、“右”、“前方”、“前”、“向前”、“后方”、“后”、“向后”、“顶部”、“底部"、“侧面”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”、“水平”、“竖直”等相对术语可在本文中使用,并且如果使用这些术语,则是为了解释的益处和/或来自特定附图中所示的视角。然而,这些术语仅用于简化描述,而不是限制对所描述的任何实施例的解释。
参考附图,其中在所有的几个视图中,相同的附图标记表示相同的部件和组件,图1和图2示出了示例性的非侵入式的气道正压(PAP)设备100。PAP设备100可以包括形成为容纳鼓风机101的壳体的气流发生器,该鼓风机适于在鼓风机出口102处产生或以其它方式生成加压气体103的气流(加压气体流)。出口102可操作地联接到细长输送软管或管106的第一端或近端并与其流体连通(经由如下文所述的中间软管107和消声器200)。管106的第二端或远端可以连接到用户接口108的入口105。用户接口108可以包括适于支撑柔性密封件112(图1中未示出,但在图2中示意性示出)的框架110。用户接口108可以包括如下所述的几乎任何结构,该结构有效地密封到用户113(例如,密封到用户的面部),使得输送到用户接口的加压气体可以被传送到用户的气道114而没有过多的无意的气体泄漏。例如,用户接口可以是覆盖用户的嘴和鼻子中的一者或两者的面罩;鼻孔枕形密封件;插管;或任何类似的装置。为了简单起见,用户接口在没有限制的情况下在此可以被简单地称为“面罩”108。
如本文所用,术语“空气”、“气体”和“流体”应理解为包括大多数任何气体或气体蒸汽组合。例如,由鼓风机提供的气体可以包括环境空气、氧气、水蒸气、药物蒸气及其组合。为了简单起见,除非另外指出,否则术语空气、流体和气体在没有限制的情况下在本文中可互换使用。
管106和用户接口108可以一起限定适于提供或传送从鼓风机101到用户113的气道114的加压气体流的气体输送路径或输送导管109(见图2)的一部分。输送导管109可以包括一个或多个排放口或端口,以提供所谓的“有意泄漏”或“有意排放泄漏”。有意泄漏可以帮助在呼气期间从系统清除二氧化碳,以使可能被再呼吸的二氧化碳的体积最小化。
为了在输送导管109内产生期望的加压气体103的流,鼓风机101可以包括形成容纳叶轮或风扇的蜗壳的鼓风机壳体。诸如无刷直流电机等电动机可以联接到风扇并使风扇旋转。当风扇旋转时,风扇通过鼓风机壳体的空气入口104吸入气体(例如,环境空气111),吸入的气体随后被风扇压缩并作为加压气体103的流排出出口102。通过控制风扇的旋转速度,可以控制输送导管109内的加压气体103的流的压力,以向使用者提供期望的治疗压力。
设备100(例如鼓风机101)还可以包括电子(例如基于微处理器的)控制器,该控制器可以在其它任务中调节或以其它方式控制电机的速度(并且因此控制风扇的速度),从而调节治疗压力和加压气体103的流的流速。设备100的控制器和其它部件可以由车载电源(例如电池)或远程电源(例如交流电源或直流电源)供电。
虽然描述和示出为基于风扇的鼓风机,但是如本文所使用的术语“鼓风机”可以包括能够将加压气体输送到输送导管的任何装置。例如,鼓风机也可以是压缩气体的罐或瓶,其通过阀计量以提供适当的压力和流量。
在设备100的操作期间,由鼓风机101产生的声学噪声(以波的形式穿过空气或其它气体行进的声能(即,压力))和由此产生的加压气体的流可以穿过并沿着输送导管109传播。这种声学噪声对于一些用户来说可能是令人烦恼的,并且对于某些用户来说甚至可能干扰睡眠能力。术语“声学噪声”、“噪声”和“声音”在本文中可以互换使用。
为了解决这个问题,可以提供根据本公开的实施例的由管状构件或壳体限定的消声器200。如图1和图2所示,消声器可以是可操作地定位在鼓风机101和用户接口108之间的直列式消声器。例如,如图1和图2所示,消声器200可以定位在鼓风机101和输送管106之间的气体输送路径中。
概括地说,消声器200可以在输送导管109内限定有膨胀室。消声器/膨胀室可以设置适于在气体穿过消声器时使与加压气体流相关联的噪声衰减(否则将在用户接口处在下游检测到这种噪声)的挡板(例如,向内延伸的挡板)。为了实现这种噪声衰减,挡板可以适于在气体移动通过膨胀室时有效地捕获与加压气体流相关联的声波(在本文中也称为声能或声音能)。如本文所使用的,声能的“捕获”可以包括导致以下中的一个或多个的几乎任何挡板几何结构:声能的相消干涉;声能扩散;声能衰减;声能抑制;声能吸收;以及声能的重定向。根据本公开的实施例的消声器可以通过将挡板构造成与如本文所述的加压气体流相互作用(当气体穿过膨胀室时)来提供这种捕获功能。如本文所使用的,与加压气体流相关联的声能可以包括通过气体的流动产生的声能;通过鼓风机产生的声能;以及通过将声音能引入消声器上游的系统的任何其它系统部件产生的声能。
如上所述并且如图2至图3所示,消声器200可以可操作地位于鼓风机101和输送管106之间。例如,消声器壳体可以包括第一端部和第二端部,该第一端部限定适于可操作地联接到鼓风机出口102的入口端口202(例如,经由中间管状软管107),该第二端部限定适于可操作地联接到与用户接口流体连通的输送管106的近端的出口端口204。如图所示(例如参见图2),鼓风机101、软管107、消声器200、管106和用户接口108可以适于以大致无泄漏的方式(除了这些部件中的任何一个或多个提供的任何有意泄漏之外)彼此连接。
图4是示例性消声器200的放大透视图,并且图5和图6分别示出了端视图和分解图。如这些视图所示,入口端口202和出口端口204可以限定与输送导管109的流动轴线大致同轴的消声器轴线216。此外,消声器200/消声器壳体可以包括在第一端部与第二端部之间(例如,在入口端口202与出口端口204之间)延伸的主体206,其中,主体206限定有也位于壳体的第一端部与第二端部之间的膨胀室207(见图6)。膨胀室207可以包括比入口端口202(如由内径209a限定的)和出口端口204(如由内径209b限定的)两者的有效横截面积大的有效横截面积(例如,如由有效内径208限定的)。此外,在一些实施例中,挡板可以从膨胀室的相对内壁延伸。也就是说,主体206的内壁211(在膨胀室207内)包括多个向内延伸的挡板(例如,固定挡板),如下文进一步描述的,挡板适于通过干扰加压气体的流来捕获至少与通过膨胀室(例如,从消声器/消声器壳体的入口端口到出口端口)的加压气体的流相关联的声能。
虽然在本文中称为“直径”和“有效直径”,但是在不脱离本公开的范围的情况下,入口端口202、出口端口204和膨胀室207可以具有几乎任何横截面内部(和外部)形状。也就是说,这些术语可用于指代与横截面几何形状相关联的几乎任何尺寸,无论此几何形状是否为圆形。例如,术语“直径”在不脱离本公开的范围的情况下可以用于指多边形横截面尺寸,或者椭圆形、长方形或长圆形横截面尺寸。
仍然参照图6,示例性消声器200(例如消声器壳体)可以包括两个对称的半部210a、210b(分别地和共同地称为一个半部或多个半部210)或者由这两个对称的半部限定,每个半部(并且因此每个挡板)通过塑料(或其它不渗透材料)注射成型工艺形成。由于每个部件都是相同的,所以与替代构造相比,消声器200可产生制造经济性。两个半部210可以适于沿着大致平坦的配合表面213(见图5)彼此结合或固定。应注意的是,实际的配合表面可以包括阶梯或弯曲表面,在这种情况下,配合“表面”或配合“平面”可以指虚拟或构造平面或表面,当组装时,半部关于该虚拟或构造平面或表面对称。在其它实施例中,两个半部210在大多数相关方面可以是对称的,但可以包括不同的配合表面213构造。两个半部210的配合表面213的这种变化可以例如有助于将两个半部彼此结合(例如,超声波焊接)以形成消声器200。然而,即使具有这些配合表面变化,提供如下所述的大部分声学噪声捕获功能的半部的大部分或所有其它方面(例如膨胀室207、挡板214、挡板段212等)也可以是对称的。因此,如本文关于描述半部210所使用的,“对称的”和类似术语是指两个半部的提供主要声学噪声捕获机构的那些特征和部件的结构对称性,并且不一定是指与将两个半部彼此结合相关的那些方面。
如图6所示,每个半部210可以包括一个或多个挡板214,每个挡板由例如从膨胀室207的内壁211延伸到膨胀室中的一个或多个挡板段212形成。由于半部210(例如,挡板段)的对称性,半部210a的每个挡板段212可以与半部210b的对应挡板段212(靠近并沿着配合平面)对准,以在半部被组装时形成延伸跨过膨胀室207的基本连续的挡板214(参见图5)(实际上,如图5中所示,在两个对应元件之间可以存在小的间隙)。每个半部210可以包括多个挡板段212,挡板段212沿消声器轴线定位使得挡板214干扰或捕获传播通过膨胀室的声音(声)能。
术语“挡板”在这里可以用于表示与每个半部210相关联的挡板部件,以及表示由两个半部210的组装产生的组合挡板(例如,在图5中,挡板214表示挡板的与半部210a相关联的部分和与半部210b相关联的部分,以及当两个半部如所示地组装时产生的最终的完整挡板)。类似地,术语挡板“段”或“元件”可以指与每个半部210相关联的段212(如图6所示),以及指由两个半部210的组装产生的横跨膨胀室的完整段(见图5)。
图7是消声器200的分离的半部210的放大透视图,示出了示例性挡板/挡板段结构。如该视图所示,一个或多个挡板214可以构造成两个相交的平面挡板段212,使得当垂直于配合表面213观察时,每个挡板214限定为V形部或V形挡板214。此外,如该视图中所示,形成每个V形挡板214的两个相交的平面挡板段212可以沿着还与消声器轴线216相交的线彼此相交。
如上所述,挡板214/挡板段212中的一个或多个可以如图所示从内壁211向内延伸。在一些实施例中,挡板214/挡板段与消声器200的主体(例如,与内壁)一体地形成(例如,模制),并且从内壁正交地朝向由配合表面213限定的平面延伸并终止于该平面处或附近(例如,参见图5)。也就是说,每个半部210的相应的挡板段可以包括在膨胀室内在相应的挡板段彼此邻接处或彼此接近处终止的远端部分。结果,当两个半部210被组装时,每个半部的挡板段212大致从内壁211延伸到远端215,该远端靠近相对的半部的相应挡板段212的远端215。如上所述,这两个挡板段组合形成如图所示的较大的挡板段。
在图8所示的示例性消声器200中,靠近膨胀室的每个端部的V形挡板214可以小于位于其间的V形挡板。例如,端部挡板214可以具有12毫米(mm)的宽度248,使得每个相应的段或挡板“腿部”与内壁211间隔开12mm的距离250。每个端部挡板214可以(沿着消声器轴线216)与其邻近的中间挡板间隔开15mm的距离252,而每个中间挡板214可以彼此间隔开15mm的距离259。如图8中所示,中间V形挡板214更大,使得每个中间V形挡板214的平面挡板段212与内壁211间隔开8mm的距离256。四个V形挡板214中的每一个可以具有1.8mm的厚度258。
消声器200可以具有如下构造,尽管其它构造当然是可能的:100mm的总长度240;17mm的入口端口202的直径209a和出口端口204的直径209b;50mm的膨胀室长度244;以及36mm的膨胀室直径246。入口端口202和出口端口204的直径209a和209b以及相对形状和尺寸可以彼此不同(尽管示出为大体相等),以例如允许消声器仅沿一个流动方向安装。四个90度V形挡板214如图所示相对于消声器轴线216对称地取向(即,具有与消声器轴线相交的顶点(并且沿着消声器轴线居中)),使得V形挡板214中的每一个的平面挡板段212以与消声器轴线成45度角延伸。所有V形挡板可以如图所示朝向(即指向)消声器入口收拢。
图8还示出了加压气体进入入口端口202、行进通过膨胀室207并离开出口端口204时的示例性流动(如箭头103所示)。如该视图中所示,当气体进入膨胀室时,气体通过与V形挡板214的相互作用而相对于气体的主轴向方向被重新引导。气流的这种干扰可以通过捕获声能来有效地降低在消声器下游(例如,在用户接口108处(参见图2))检测到的与鼓风机的操作相关联的声学噪声。实际的气流模式和声压能量可以根据诸如挡板几何形状(例如膨胀室、入口端口和出口端口的长度和直径)、挡板的数量、气体通道尺寸等因素而变化。
虽然在图8中示出了使用特定的挡板几何形状,但是这种构造仅是示例性的。也就是说,也可以考虑其它挡板几何形状。例如,图9A至图9G示出了具有各种挡板几何形状的消声器(每个视图中去除了消声器的一半以示出挡板构造),其中图9A示出了与图6至图8所示类似的V形挡板几何形状。图9B示出了不连续的挡板几何形状,其中分开的间隔式挡板段212-1和212-2可以允许气体通过其间的开口217。在替代实施例中,挡板段212-1和212-2可以是单个挡板段,其中开口217由穿过挡板段的孔形成。在图9C中,挡板段212-3被示出为偏离消声器轴线216,而图9D示出了其中形成有穿孔或孔的类似的挡板构造(或者替代地,分开的间隔式挡板段212-4、212-5,以产生开口217)。图9E示出了一种消声器,其中挡板段212-6构造为不同于平面元件的弯曲或蜿蜒蛇形元件。虽然图9A至图9D的平面元件各自限定了以倾斜角度与消声器轴线216相交的平面,但是图9F示出了一系列与轴线216正交地取向的偏移的平面挡板段212-7,而图9G示出了在整个膨胀室中以各种角度取向的限定成V形的挡板段212-8和平面挡板段212-9。可以理解的是,其它挡板构造当然也是可能的。实际上,可以设想任何能有效地干扰膨胀室内的加压气体流的挡板结构。
虽然这些挡板构造中的一些明显是双向的(例如,参见图9E、图9F和图9G),但这些挡板构造中的其它构造可以被优化用于在单个方向上的流动。然而,即使采用后一种构造,在流动反向时也可以实现声音捕获(例如,声音衰减)益处。也就是说,虽然一些消声器构造可以设计成用于单向操作(即,指定的入口端口和指定的出口端口),但是这些消声器构造即使在流动方向反向时也可以提供益处。
不管挡板的构造如何,半部210可以通过任何可接受的工艺彼此固定。例如,半部可以通过如图10A所示的卡扣配合接合固定。如本文所用的,“卡扣配合”是指通过当柔性部件中一个部件的互锁元件在其与另一部件的相关联元件接合时偏转,并且随后偏转的部分返回其未偏转位置,从而使柔性部件彼此联接。图10A示出了每个半部210具有适于与相对半部的耳部232、230接合的互锁耳部230、232。图10D示出了一种替代的卡扣配合接合构造(仅示出了半部210b)。其中,图10A的实施例中所示的耳部232、230可沿半部210a、210b的大部分或全部边缘延伸,图10D的实施例可利用离散的卡扣配合部件(例如,突片281(仅半部210b的一侧的突片可见)和闩锁282)。图10D的实施例可提供优于图10A的实施例的各种优点,例如简化的制造/组装。虽然示出了沿着半部210b(或210a)的每个横向边缘具有突片281和闩锁282,但是其它实施例可以不同(例如,一个横向边缘上具有多个突片,另一个横向边缘上具有多个闩锁)。
在其它实施例中,半部210可以使用阶梯接头或U形接头密封件固定,后者在图10B中示出。其它实施例可以替代地或另外地使用以下部件将半部结合:紧固件(例如,螺纹紧固件);接合销;铆钉;和粘合剂(例如环氧树脂、硅树脂、粘合剂)。在其它实施例中,半部可以通过包覆成型工艺彼此固定。虽然未示出,但是本文描述的任何结合工艺可以结合使用定位在半部之间的可压缩密封件(例如,弹性体密封件)以例如减少空气泄漏。
在一些实施例中,半部210可以通过超声波焊接彼此固定。例如,图10C是消声器200的放大图,示出了在将两个半部彼此超声波焊接之前的入口端口202。如在该视图中明显看出的,每个半部可以具有沿着一个配合边缘的偏移的阶梯表面234、235,以及沿着另一个配合边缘的偏移表面236、237,其中这些表面有效地限定两个部件的构造配合表面。例如,在组装期间,每个半部的表面234、235可以分别邻接/接合相对半部的表面236、237。如在超声波焊接技术中已知的,一个表面(例如,表面237)可以包括能量导向器239以辅助焊接操作。此外,实际上,在组装之后,每个半部的挡板段212的远端(见图5中的远端215)可以在未到达相对半部的相应挡板元件处终止,以例如最小化焊接期间的振动损坏。
虽然不希望被限制于特定材料,但是根据本公开的实施例的消声器可以由塑料(诸如高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、多种材料的混合物(例如,ABS/PC混合物)、聚丙烯(PP)或其它刚性或半刚性注射成型材料)构成。这些塑料是有益的,不仅因为它们适于注射成型,而且因为它们的不渗透性。结果,由这些塑料构成的示例性消声器可以在使用之后容易地清洁,并且甚至可以与加湿PAP设备结合使用。
示例
图11和图12中分别示出了两个示例性消声器300和400。消声器300具有:134毫米(mm)的总长度340;17mm的入口端口和出口端口的直径342;87mm的膨胀室长度344;以及35mm的膨胀室直径346。如本文所述的消声器可以进一步提供适于容纳标准呼吸部件的外部入口和出口直径。例如,如国际标准化组织(ISO)5356-1中所确定的,入口端口和出口端口的外径可以是22mm。也就是说,消声器300的外径以及其它尺寸可以在不脱离本公开的范围的情况下进行修改。
消声器300包括一系列四个90度V形挡板314(其中一个挡板小于其它三个挡板),每个挡板由成对的平面挡板段312形成,成对的平面挡板段具有如图所示与消声器轴线316相交的顶点,并且八个侧向平面挡板段312如图所示与消声器轴线偏离,但取向成与V形挡板段成相同的角度(例如,当垂直于配合平面观察时与消声器轴线316成45度)。各个挡板段之间的垂直偏移量348为7.7mm,并且V形挡板中的每一个的较大平面挡板段与膨胀室的内壁的偏移量350(当垂直于两个半部的配合平面观察时)为6.4mm。
如图11所示,靠近入口的V形挡板314可以小于其余挡板。此外,如图所示,该较小的V形挡板可以至少部分地定位在膨胀室的外部。在该示例性实施例中,该初始(较小)V形挡板具有10mm的横跨流动路径的宽度352,其中所有平面挡板段312的厚度354为1.5mm。靠近较小V形挡板的较大V形挡板314可以与较小V形挡板间隔开19mm的距离356(根据V形挡板沿消声器轴线316的相应顶点测量),而较大V形挡板彼此间隔开23mm的距离358。最后,每个侧向平面挡板段形成侧向挡板,该侧向挡板可以以与消声器轴线成45度角的方式从内壁延伸,使得侧向平面挡板段的远端与内壁间隔开10.5mm的距离360。
再次值得注意的是,消声器的总体几何形状最终决定了其捕获噪声的有效性。例如,气体通道的有效横截面面积、形成通路的壁的表面积(即,壁/V形部对气体流动的作用)和由挡板产生的“转弯”的急剧程度的组合都可能影响消声器捕获声能的能力。换句话说,在气流阻力和消声器如何有效地从加压气体流中捕获声能之间存在相关性。
现在参照图12,消声器400具有:104mm的总长度440;17mm的入口端口和出口端口的直径442;57mm的膨胀室长度444;以及35mm的膨胀室直径446。消声器400包括一系列四个90度V形挡板414(具有如图所示的交替尺寸)和四个侧向平面挡板段412,每个V形挡板414均由具有如图所示的也与消声器轴线416相交的顶点的平面挡板段412形成,四个侧向平面挡板段412与消声器轴线偏离但以与V形挡板段相同的角度取向(例如,当垂直于配合平面观察时与消声器轴线416成45度)。各个挡板段之间的垂直偏移量448为7mm,并且V形挡板中的每一个的平面挡板段与膨胀室的内壁的偏移量450(当垂直于配合平面观察时)为6.5mm。
如图12中进一步所示,V形挡板414的尺寸可以交替,使得第一V形挡板和第三V形挡板(沿空气流方向401)大于第二V形挡板和第四V形挡板。在该示例性实施例中,(较小的)V形挡板具有10mm的横跨流动路径的宽度452,其中所有平面挡板段412的厚度454为1.5mm。第一V形挡板和第二V形挡板之间的距离456以及第三V形挡板和第四V形挡板之间的距离为19mm(根据它们各自的顶点沿着消声器轴线416测量),而第二V形挡板和第三V形挡板之间的距离458为9mm。最后,侧向平面挡板段412形成为这样的侧向挡板:该侧向挡板可以以与消声器轴线416成45度角的方式从内壁延伸,使得侧向平面挡板段的远端与内壁间隔开12.5mm的距离460。
使用类似于图2所示的构造来进行消声器300和400的初始测试,其中软管107具有200mm的长度,并且管106具有1,220mm的长度。用户接口108是美国加利福尼亚州圣地亚哥的ResMed公司销售的“AirFit F20”全面罩密封件,并且连接到人体模型头部。PAP鼓风机是由美国明尼苏达州弗里德里(Fridley)的Somnetics,International公司制造的型号为“Transend 3miniCPAP Auto”的持续气道正压(CPAP)装置。麦克风装置根据ISO 3744第7.2节(根据ISO80601-2-70)关于人体模型头部和用户接口进行布置。使用气流系统的人体模型头部适于模拟使用者呼吸。下表1显示了以下情况的测试结果:没有安装消声器;安装有消声器300并且具有气流方向301;以及安装有消声器400并且具有气流方向401。“动态声级”是当以如表1中所示的相关潮气量和每分钟呼吸次数运行正弦呼吸模拟器总共10秒钟时所检测的声功率等级,然后在3次运行中求该声功率等级的平均值而获得的。
表1
*-当消声器距离人体模型头部105+/-5厘米时,在用户接口中和周围测量的。
如从这些数据中所示,消声器300和400产生了在用户接口处检测到的动态声级的显著降低。还观察到的是,至少相对于消声器300,当空气流动方向反向时(例如,空气沿方向303流动),检测到的噪声发生类似的减小。因此,如上所述,即使设计成沿特定方向安装的消声器在反向安装时也可产生益处。
使用与图8的消声器200和图9G所示的消声器大致相似的消声器构造也进行了相似的测试。虽然所实现的噪声捕获等级小于利用上表1所示的消声器所实现的降低,但是这些替代性消声器确实产生了较小的压降。
如下文进一步描述的,图13示出了设计成评估与各种消声器构造相关联的声功率等级降低的特定示例性测试装置800。该测试装置被设计成通过隔离CPAP更好地确定消声器性能,然后测量沿着输送导管(软管和面罩)行进的(即行进通过消声器的)声学噪声。在该示例性装置中,CPAP装置802(再次说明,型号为“Transcend3miniCPAP Auto”的CPAP)和消声器803位于消声室804的外部,而装配有AirFit F20面罩808的气道模拟人体模型806(如这里所用的,“人体模型”指的是人头部和颈部人体模型,例如由美国威斯康星州FortAtkinson的Nasco Education公司分销的型号为LF03667U的人体模型)位于该消声室内。由于CPAP装置802和消声器803(其可代表本文所示和/或所述的消声器中的任何一个)位于该消声室外,所以在人体模型附近检测到的声功率等级通常受限于沿输送导管(例如,软管106和面罩808)传播的声能。因此,这种装置能够确定可归因于消声器的使用的声功率等级的变化,消声器例如为根据本公开的示例性实施例构造的消声器。测试配置和方法与ISO3744:2010中描述的一致。
如图13所示,呼吸模拟器810也位于消声室804的外部,并通过导管812连接到人体模型806的人工气道。在该特定测试配置中,人体模型806包括人造鼻、口和气管通道。此外,人体模型806包括模仿人面部的面部特征/结构,以适应面罩808的典型适配。
人体模型806以“面朝上”取向放置在平台上,以模拟人以仰卧姿势睡眠。然后,通过人体模型的“颈部”中的连接部将软管812连接到人体模型的模拟气管气道或“气管”。
为了检测声功率等级,麦克风814的阵列被布置在围绕人体模型806的虚拟半球形圆顶上。该阵列包括总共十个麦克风,其中,使用如ISO 3744:2010的图B.2中所标识的麦克风位置1至10来选择十个麦克风的位置。虚拟半球形圆顶具有一米的半径,其中每个麦克风814指向半球形圆顶的中心,圆顶的中心大致与仰卧人体模型806的头部的几何中心重合。
所使用的呼吸模拟器810是由美国加利福尼亚州凡吐拉市(Ventura)的VacuMed分销的17050型,并且被配置成产生每分钟20次呼吸的正弦模拟呼吸,每次呼吸具有500毫升的潮气量。在该测试配置中,沿输送导管没有设置面罩泄漏。
使用这种配置,在以下情况进行测试:没有消声器;使用本文所述的消声器200、300和400;以及使用如图14A和图14B所示的消声器500和如图15A和图15B所示的消声器600。现在简要描述消声器500和600。
图14A和图14B(在此单独地和共同地称为“图14”)所示的消声器500具有:134mm的总长度540;18mm的入口端口和出口端口的直径542;84mm的膨胀室长度544;以及35mm的膨胀室直径546。在该实施例中,消声器包括一系列六个90度V形挡板514,每个V形挡板如图所示由相对于消声器轴线516对称地取向(即,具有与消声器轴线相交的顶点(并且沿消声器轴线居中))的两个平面挡板段(“腿部”)512形成,使得每个V形挡板514的平面挡板段512相对于消声器轴线516以45度的角度延伸。V形挡板中的三个(最靠近入口的那些挡板)可以如图所示朝向(即指向)消声器入口收拢,并且另外三个(最靠近出口的那些挡板)可以朝向消声器出口收拢。
消声器500还可以包括从膨胀室内壁附近朝向消声器轴线延伸但在未到达消声器轴线处终止的6对(总共12个)侧向平面挡板段512。在图14A所示的示例中,侧向平面挡板段512可以被定位成靠近对应V形挡板的每个平面挡板段512,并与其平行地(以与其相同的角度)延伸。也就是说,每个V形挡板514可以具有与其平面挡板段或腿部512中的每一个相关联的侧向平面挡板段512。
更进一步地,消声器500包括分别限定定位在膨胀室的中心附近(例如,在两组V形挡板514之间)的中心挡板的一个或多个中心挡板段518、520。中心挡板包括由挡板段518限定的纵向中心挡板和由挡板段520限定的两个偏移的横向中心挡板,挡板段518如图所示沿着消声器轴线延伸并且终止于与两个最内部的V形挡板514间隔开的位置处,挡板段520正交于纵向中心挡板段518取向。横向中心挡板段520可以如图所示在与纵向中心挡板段518间隔开的位置处终止,以在挡板段518和挡板段520之间提供空气通道。如图14B所示,侧向挡板段512可以仅邻接膨胀室内表面的一部分,例如,在侧向挡板段512(和横向中心挡板段520)与膨胀室的内壁之间可以存在空气通道519。
虽然在不背离本公开的范围的情况下,各个挡板段512、518和520之间的间距当然可以变化,但是两组V形挡板514中的每一组可以彼此间隔开12mm的距离530(沿着消声器轴线的顶点之间测量),并且每一组可以具有19mm的挡板段或腿长度531,从而导致在每个V形挡板段和膨胀室的内壁之间具有14mm的最大间隙533(沿着配合平面测量)。更进一步地,每个侧向挡板段512(其也平行于相关V形挡板514的挡板段之一延伸)可以与其V形挡板腿部偏移3mm的距离532。
图15A至图15B(在此单独地和共同地称为“图15”)示出了根据本公开的实施例的又一消声器600,其中图15A是俯视图(垂直于配合平面观察,其中消声器的一个对称半部被移除),并且图15B是其透视图。消声器600具有:134mm的总长度640;18mm的入口端口和出口端口的直径642;88mm的膨胀室长度644;以及36mm的膨胀室直径646。在该实施例中,消声器600包括一系列四个90度的V形挡板614(由成对的平面挡板段612形成),该V形挡板614在膨胀室内以22mm的距离630大致等间距地间隔开,并且当垂直于配合平面观察时关于消声器轴线616对称(即,每个V形挡板如图所示具有也与消声器轴线616相交的顶点(并且沿消声器轴线居中),使得每个V形挡板614的平面元件或腿部612以与消声器轴线成45度的角度延伸)。与消声器500的V形挡板不同,如图15B所示,V形挡板614通常完全阻挡(除了下文描述的孔)移动通过膨胀室的空气的通道。也就是说,V形挡板614大体在膨胀室的整个圆周上邻接膨胀室的内壁。
如图15B进一步所示,每个V形挡板614限定或形成有穿过其中的一个或一系列孔。更具体地,每个V形挡板具有中心孔622和侧向孔623,中心孔622具有与消声器轴线616重合的轴线,侧向孔623定位在中心孔的每侧。尽管不是限制性的,但当平行于消声器轴线616观察时,孔可以是(当半部被组装时)大致圆形的形状。每个中心孔622可以具有10mm的有效直径(当与消声器轴线616同轴观察时),而每个侧向孔623可以具有5mm的有效直径(当类似地观察时)。
下表2提供了使用上述和图13所示的测试装置的不同消声器构造的声功率等级测量结果。作为基准,在消声器803(见图13)被移除(即,软管106直接连接到CPAP装置802)的情况下进行测试。在确定没有消声器的情况下的基准声功率等级之后,评估消声器200、300、400、500和600(定位成代替图13中的消声器803)。结果列于表2。
表2
如表2所示,根据本公开的实施例的消声器可以提供在用户接口/面罩处(即,在用户的头部处)检测到的声功率等级的显著降低。
本发明的各方面在权利要求中被列举。然而,下面提供了非限制性示例的非穷举列表。这些示例的任何一个或多个特征可以与本文描述的另一示例、实施例或方面的任何一个或多个特征组合。
示例1:一种气道正压设备,包括:流发生器,其包括容纳鼓风机的壳体,该鼓风机适于在鼓风机出口处产生加压气体流;用户接口;细长的输送管,其定位在气流发生器与用户接口之间,输送管适于将来自鼓风机的加压气体流传送到用户接口;以及直列式消声器,其定位在鼓风机和输送管之间,其中,消声器包括管状构件,该管状构件适于在气体穿过消声器时使与加压气体流相关联的噪声衰减,消声器包括:入口端口,其适于可操作地联接到鼓风机出口;出口端口,其适于可操作地联接到输送管的近端;以及主体,其在入口端口和出口端口之间延伸,其中,主体限定膨胀室,该膨胀室的有效内径大于入口端口和出口端口两者的有效内径,并且其中,主体的内壁包括多个向内延伸的挡板,挡板适于捕获与穿过膨胀室的加压气体流相关联的声能。
示例2:根据示例1所述的设备,其中,挡板与消声器的主体一体地形成。
示例3:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,声能的捕获包括以下中的一种或多种:声能的相消干涉;声能扩散;声能衰减;声能抑制;声能吸收;以及声能的重定向。
示例4:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,入口端口和出口端口限定消声器轴线,并且挡板中的一个或多个包括限定为V形的两个相交的平面挡板段。
示例5:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,两个相交的平面挡板段沿与消声器轴线相交的线彼此相交。
示例6:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,入口端口和出口端口限定消声器轴线,并且挡板中的一个或多个包括与内壁一体形成的平面挡板段。
示例7:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,平面挡板段限定有以倾斜角度与消声器轴线相交的平面。
示例8:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,消声器包括彼此固定的两个半部。
示例9:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,两个半部中的每一个通过注射成型工艺生产。
示例10:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,两个半部通过选自包括超声波焊接、粘合、卡扣配合接合、紧固和包覆成型的群组的工艺而彼此固定。
示例11:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,挡板包括不渗透材料。
示例12:根据前述示例中任一项所述的设备,其中,挡板包括塑料材料。
示例13:一种直列式消声器,其适于定位在气道正压设备的气体输送路径内且位于鼓风机与用户接口之间,消声器包括由彼此固定的第一半部和第二半部限定的管状壳体,其中,壳体包括:第一端,其限定入口端口;第二端,其限定出口端口;以及主体,其在第一端和第二端之间延伸,该主体在壳体的第一端和第二端之间限定膨胀室,其中,多个挡板在膨胀室的相对的内壁之间延伸,并且其中,多个挡板中的至少一个由与第一半部一体形成的第一挡板段形成,该第一挡板节段与和第二半部一体形成的第二挡板段对齐,两个挡板段包括在膨胀室内在两个挡板段彼此邻接处或彼此接近处终止的远端部分。
示例14:根据示例13所述的消声器,其中,多个挡板适于干扰与从入口端口流到出口端口的加压气体流相关联的声能。
示例15:根据示例13至示例14中任一项所述的消声器,其中,多个挡板中的一个或多个包括选自平面挡板段和弯曲挡板段中的一者或两者的形状。
示例16:根据示例13至示例15中任一项所述的消声器,其中,第一挡板段和第二挡板段在垂直于第一半部和第二半部的配合平面观察时形成V形。
示例17:根据示例13至示例16中任一项所述的消声器,其中,多个挡板中的一个或多个限定有孔。
示例18:根据示例13至示例17中任一项所述的消声器,其中,第一半部和第二半部适于通过选自包括超声波焊接、粘合、卡扣配合接合、紧固以及包覆成型的群组的工艺而彼此固定。
示例19:根据示例13至示例18中任一项所述的消声器,还包括位于第一半部和第二半部之间的可压缩密封件。
示例20:根据示例13至示例19中任一项所述的消声器,其中,第一半部和第二半部各自包括不渗透材料。
示例21:根据示例13至示例20中任一项所述的消声器,其中,第一半部和第二半部各自包括塑料材料。
示例22:一种直列式消声器,其适于定位在气道正压设备的气体输送路径内用位于鼓风机与用户接口之间,消声器包括:管状构件,其适于使在用户接口处检测到的与由鼓风机产生的加压气体流相关联的噪声衰减,消声器包括:入口端口,其适于可操作地联接到鼓风机的出口;出口端口,其适于可操作地联接到与用户接口流体连通的输送管的近端;以及主体,其在入口端口和出口端口之间延伸,其中,主体限定膨胀室,该膨胀室的有效内径大于入口端口和出口端口两者的有效内径,并且其中,主体的内壁包括多个向内延伸的挡板,挡板适于捕获与穿过膨胀室的加压气体流相关联的声能。
描述了说明性实施例,并且参考了其可能的变化。这些和其它变化、组合和修改对于本领域技术人员将是显而易见的,并且应当理解,本公开不限于本文阐述的说明性实施例。
Claims (22)
1.一种气道正压设备,包括:
流发生器,其包括容纳鼓风机的壳体,所述鼓风机适于在鼓风机出口处产生加压气体流;
用户接口;
细长的输送管,其定位在所述流发生器与所述用户接口之间,所述输送管适于将来自所述鼓风机的所述加压气体流传送到所述用户接口;以及
直列式消声器,其定位在所述鼓风机和所述输送管之间,其中,所述消声器包括管状构件,所述管状构件适于在气体穿过所述消声器时使与所述加压气体流相关联的噪声衰减,所述消声器包括:
入口端口,其适于可操作地联接到所述鼓风机出口;
出口端口,其适于可操作地联接到所述输送管的近端;以及
主体,其在所述入口端口和所述出口端口之间延伸,其中,所述主体限定膨胀室,所述膨胀室的有效内径大于所述入口端口和所述出口端口两者的有效内径,并且其中,所述主体的内壁包括多个向内延伸的挡板,所述挡板适于捕获与穿过所述膨胀室的所述加压气体流相关联的声能。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,所述挡板与所述消声器的所述主体一体地形成。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的设备,其中,所述声能的捕获包括以下中的一种或多种:声能的相消干涉;声能扩散;声能衰减;声能抑制;声能吸收;以及声能的重定向。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的设备,其中,所述入口端口和所述出口端口限定消声器轴线,并且所述挡板中的一个或多个包括限定为V形的两个相交的平面挡板段。
5.根据权利要求4所述的设备,其中,所述两个相交的平面挡板段沿着与所述消声器轴线相交的线彼此相交。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的设备,其中,所述入口端口和所述出口端口限定消声器轴线,并且所述挡板中的一个或多个包括与所述内壁一体形成的平面挡板段。
7.根据权利要求6所述的设备,其中,所述平面挡板段限定有以倾斜角度与所述消声器轴线相交的平面。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的设备,其中,所述消声器包括彼此固定的两个半部。
9.根据权利要求8所述的设备,其中,所述两个半部中的每一个通过注射成型工艺生产。
10.根据权利要求8所述的设备,其中,所述两个半部通过选自包括超声波焊接、粘合、卡扣配合接合、紧固及包覆成型的群组的工艺而彼此固定。
11.根据权利要求1至2中任一项所述的设备,其中,所述挡板包括不渗透材料。
12.根据权利要求11所述的设备,其中,所述挡板包括塑料材料。
13.一种直列式消声器,其适于定位在气道正压设备的气体输送路径内且位于鼓风机与用户接口之间,所述消声器包括由彼此固定的第一半部和第二半部限定的管状壳体,其中,所述壳体包括:
第一端,其限定入口端口;
第二端,其限定出口端口;以及
主体,其在所述第一端和所述第二端之间延伸,所述主体在所述壳体的所述第一端和所述第二端之间限定膨胀室,其中,多个挡板在所述膨胀室的相对的内壁之间延伸,并且其中,所述多个挡板中的至少一个由与所述第一半部一体形成的第一挡板段形成,与所述第二半部一体形成的第二挡板段与所述第一挡板段对准,两个挡板段包括在所述膨胀室内在所述两个挡板段彼此邻接处或彼此接近处终止的远端部分。
14.根据权利要求13所述的消声器,其中,所述多个挡板适于捕获与从所述入口端口流到所述出口端口的加压气体流相关联的声能。
15.根据权利要求13所述的消声器,其中,所述多个挡板中的一个或多个包括选自平面挡板段和弯曲挡板段中的一者或两者的形状。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的消声器,其中,所述第一挡板段和所述第二挡板段在垂直于所述第一半部和所述第二半部的配合平面观察时形成V形。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的消声器,其中,所述多个挡板中的一个或多个限定有孔。
18.根据权利要求13至15中任一项所述的消声器,其中,所述第一半部和所述第二半部适合于通过选自包括超声波焊接、粘合、卡扣配合接合、紧固以及包覆成型的群组的工艺而彼此固定。
19.根据权利要求13至15中任一项所述的消声器,其中,还包括位于所述第一半部和所述第二半部之间的可压缩密封件。
20.根据权利要求13至15中任一项所述的消声器,其中,所述第一半部和所述第二半部各自包括不渗透材料。
21.根据权利要求13至15中任一项所述的消声器,其中,所述第一半部和所述第二半部各自包括塑料材料。
22.一种直列式消声器,其适于定位在气道正压设备的气体输送路径内且位于鼓风机与用户接口之间,所述消声器包括:
管状构件,其适于使在所述用户接口处检测到的与由所述鼓风机产生的加压气体流相关联的噪声衰减,所述消声器包括:
入口端口,其适于可操作地联接到所述鼓风机的出口;
出口端口,其适于可操作地联接到与所述用户接口流体连通的输送管的近端;以及
主体,其在所述入口端口和所述出口端口之间延伸,其中,所述主体限定膨胀室,所述膨胀室的有效内径大于所述入口端口和所述出口端口两者的有效内径,并且其中,所述主体的内壁包括多个向内延伸的挡板,所述挡板适于捕获与穿过所述膨胀室的所述加压气体流相关联的声能。
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