AbstractObjective:Tosystematicallysearchandtoscrenliteratureondietaryrecommendersystemsinhealthcareservicesfield worldwide,toummareandtoaalyzethrfatureslgritsndplicatiocenarios,terebytoprovideafoudationfodancing personalizednutritionthroughsuchsystem.Methods:AcomprehensiveliteraturesearchwasconductedinChineseandEngishdatabases usingsubjectheadingsandfre-textterms,coveringrecordsfromdatabaseinceptionto March31,2O24.FollowingtheArkseyand OMaleyscopingreviewframeworkandtheJBManualforEvidenceSynthesis.AllextracteddatawerecolltedandanalyzdResults: Thirty-eightstudieswereincluded.Fivestudiesfocusedondetaryrecommendationsforchronicdiseaseordiabeticpatients,wilete remainingdidnotspecifytargetpopulatios.wenty-threstudiesrecommendedecipes,sixsggestedingredents,treepropedmeal combos,fourprovideddailymealplans,oneoferedtherapeuticdietaryprescriptions,andonerecommendedsnacks.Thirtystudiessed offlietrialsfostemtesting,tenemploedusesurveysneconductedapilottrialandoeperfoedanonietrialsCocusios: Advancesnalgorithicmodelsteoreticallydemonstratethefeasiblityofietaryrecommendations,yetresearchremainsnascnt,with incompletereportingandunderdevelopedevaluationframeworks.Futurestudiesshouldasssreal-worldusabilityandeficacytopower nutrition and dietary management.
Keywordsdiet; dietary recommendation;recommendation system; healthcare; scoping review
關(guān)鍵詞膳食;膳食推薦;推薦系統(tǒng);健康照護(hù);范圍綜述 doi:10.12102/j.issn.1009-6493.2025.17.020
隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的快速發(fā)展,人們?cè)絹碓搅?xí)慣通過網(wǎng)絡(luò)來搜索健康信息。據(jù)報(bào)道,谷歌每天的搜索中 7% 是與健康相關(guān)的,每分鐘產(chǎn)生總計(jì)7萬條健康相關(guān)搜索[1]。面對(duì)龐大的健康信息需求,個(gè)性化健康推薦系統(tǒng)(recommendersystems,RS)應(yīng)運(yùn)而生。推薦系統(tǒng)是指通過信息過濾為用戶提供其可能感興趣項(xiàng)目的一項(xiàng)智能技術(shù),并基于事物之間的相似度集成計(jì)算技術(shù)為用戶推薦相關(guān)項(xiàng)目,大大簡化用戶信息搜索任務(wù)[2]。隨著推薦系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展,目前已被應(yīng)用到慢性病管理、膳食管理、心理健康促進(jìn)和用藥推薦等健康照護(hù)領(lǐng)域[3-4]。其中,膳食推薦系統(tǒng)助力個(gè)性化營養(yǎng)逐漸成為熱門的推薦場景[5。個(gè)性化營養(yǎng)被定義為根據(jù)遺傳數(shù)據(jù)、個(gè)人健康狀況、生活方式、營養(yǎng)攝入和表型數(shù)據(jù)為個(gè)體量身定制健康飲食建議[6。目前,個(gè)性化膳食推薦系統(tǒng)在健康服務(wù)領(lǐng)域呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì),但膳食推薦系統(tǒng)的推薦依據(jù)、推薦算法及應(yīng)用場景各不相同,缺乏較好的梳理。因此,本研究采用范圍綜述的方法對(duì)健康服務(wù)領(lǐng)域的膳食推薦系統(tǒng)進(jìn)行全面的審查,明確膳食推薦系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)象、功能、算法、測試及評(píng)價(jià)方法等,為進(jìn)一步推動(dòng)膳食推薦系統(tǒng)助力個(gè)性化營養(yǎng)支持提供依據(jù)。
1 研究方法
1. 1 研究框架
審查遵循Arkseyamp;OMalley等在2005年提出的范圍綜述研究框架以及澳大利亞JoannaBriggsInstitute(JBI)循證衛(wèi)生保健中心2020年發(fā)布的證據(jù)整合手冊(cè)[7,按照確定研究問題、檢索相關(guān)研究、篩選文獻(xiàn)、分析數(shù)據(jù)、整理并總結(jié)相關(guān)結(jié)果的步驟進(jìn)行。
1.2 確定研究問題
依據(jù)PCC策略界定本研究的問題,P(population)即研究對(duì)象,指在健康照護(hù)領(lǐng)域需要進(jìn)行個(gè)性化膳食管理的人群;C(concept)即概念,為膳食推薦系統(tǒng);C(context)即情境,為沒有地點(diǎn)約束的信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。具體審查問題為:膳食推薦系統(tǒng)主要用于哪些場景?膳食推薦系統(tǒng)的特征、推薦算法、推薦依據(jù)及推薦產(chǎn)品是什么?膳食推薦系統(tǒng)可用性及有效性評(píng)價(jià)的指標(biāo)是什么?
1.3 檢索策略
計(jì)算機(jī)檢索theCochraneLibrary、PubMed、WebofScience、EMbase、CINAHL、Scopus以及中國生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(CBM)、中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫、維普期刊資源整合服務(wù)平臺(tái)。檢索時(shí)限為數(shù)據(jù)庫建庫至2024年3月31日,語種限定為中文或英文。此外,追溯納人文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn),以減少遺漏。使用主題詞與自由詞相結(jié)合的方式進(jìn)行檢索,檢索字段為標(biāo)題、摘要及關(guān)鍵詞等,檢索詞為膳食、飲食、食物、營養(yǎng)、推薦系統(tǒng)及相關(guān)近義詞。以PubMed為例,英文檢索策略如下。
1.4文獻(xiàn)納入與排除標(biāo)準(zhǔn)
納入標(biāo)準(zhǔn):推薦系統(tǒng)目標(biāo)用戶為需要健康膳食管理的人群,不限制年齡、疾病、是否住院等;研究主題為膳食推薦系統(tǒng),包括系統(tǒng)的構(gòu)建、評(píng)價(jià)及應(yīng)用;涵蓋膳食推薦系統(tǒng)測試、預(yù)試驗(yàn)、可用性或有效性評(píng)價(jià)相關(guān)的研究。排除標(biāo)準(zhǔn):研究主題是單純膳食推薦系統(tǒng)算法、軟件開發(fā)或方法學(xué)介紹;文獻(xiàn)類型為文獻(xiàn)綜述、指南、政策性文件、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、專利及會(huì)議摘要等;無法獲取全文的文獻(xiàn);語言非中文或英文。
1.5文獻(xiàn)篩選及資料提取
采用EndNote21文獻(xiàn)管理軟件對(duì)納入文獻(xiàn)進(jìn)行去重后,由2名經(jīng)過方法學(xué)培訓(xùn)的研究者按照納入排除標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行文獻(xiàn)篩選。首先閱讀題目和摘要,對(duì)可能符合納入標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)進(jìn)一步查閱全文,如遇到分歧,通過討論或咨詢第三方(本文通訊作者)決定。采用統(tǒng)一的Excel表格對(duì)納入的文獻(xiàn)進(jìn)行信息提取,提取內(nèi)容包括:納入文獻(xiàn)的基本信息,包括作者、發(fā)表年份、國家、目標(biāo)人群、推薦內(nèi)容、評(píng)價(jià)方法及指標(biāo);膳食推薦系統(tǒng)相關(guān)信息,包括推薦依據(jù)的數(shù)據(jù)庫組成、數(shù)據(jù)來源、推薦算法等。
2結(jié)果
2.1文獻(xiàn)檢索與篩選結(jié)果
共檢索到2313篇文獻(xiàn),去除重復(fù)文獻(xiàn)后剩余2034篇,閱讀題目摘要剔除不相關(guān)文獻(xiàn)后,閱讀全文后,最后排除80篇無法獲取全文、內(nèi)容重復(fù)、文獻(xiàn)類型不符、研究對(duì)象不符、研究主題不符、研究設(shè)計(jì)不符的文獻(xiàn),共納入38篇文獻(xiàn)[8-45]。文獻(xiàn)篩選流程圖見圖1。
圖1文獻(xiàn)篩選流程及結(jié)果
Figure 1Literature screening process and results

2.2納入文獻(xiàn)的基本信息
38篇文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間為2013—2023年,第一作者來自11個(gè)國家,其中英文17篇,中文21篇。在目標(biāo)人群方面,13項(xiàng)研究[8.12.15.18.23-25.3-394.45]對(duì)目標(biāo)人群進(jìn)行了界定,其中5項(xiàng)研究[15,18.25,39,45]針對(duì)慢性病病人或糖尿病病人進(jìn)行膳食推薦。在推薦產(chǎn)品上,23項(xiàng)研[9116,21-22,24,630.32-38.40,4245產(chǎn)品為,6項(xiàng)究[12,17,19-20.41.43]的推薦產(chǎn)品為食物,3項(xiàng)研究[13-15]的推薦產(chǎn)品為不同菜品組合形成套餐;4項(xiàng)研究[18.23.25.31]的推薦產(chǎn)品為一日三餐的飲食規(guī)劃;另有1項(xiàng)研究39的推薦產(chǎn)品分別為伊朗風(fēng)格的零食,1項(xiàng)研究結(jié)合中醫(yī)體質(zhì)學(xué)說的食療處方。納人文獻(xiàn)的基本信息見表1。
2.3膳食推薦系統(tǒng)的測評(píng)方法、對(duì)象和指標(biāo)
納人的38篇文獻(xiàn)對(duì)所構(gòu)建的膳食推薦系統(tǒng)采用的測試方法,31項(xiàng)研[8-12,14-7,9,21-313-34,6-37,40-45采用離線實(shí)驗(yàn),10項(xiàng)研究[13.16,18.32.35,38-40,42.45]采用用戶調(diào)查進(jìn)行測試,1項(xiàng)研究[33]進(jìn)行了預(yù)試驗(yàn),1項(xiàng)研究[20]進(jìn)行了在線實(shí)驗(yàn)。在提及評(píng)測參與人員的文獻(xiàn)中,研發(fā)系統(tǒng)的研究人員都參與了測評(píng)實(shí)驗(yàn),其中5項(xiàng)研究[8.18.32.39-40]包括專業(yè)醫(yī)療人員(包括醫(yī)生、營養(yǎng)師),8項(xiàng)研究[13,16,18.33.35.38.42.45]還納人了一部分的系統(tǒng)目標(biāo)人群進(jìn)行評(píng)測。納入文獻(xiàn)對(duì)推薦系統(tǒng)的測評(píng)指標(biāo)主要包括推薦系統(tǒng)技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)、營養(yǎng)健康相關(guān)指標(biāo)以及目標(biāo)用戶的主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。在系統(tǒng)技術(shù)評(píng)價(jià)方面,采用均方根誤差(RMSE)[12.14-15.23,40-41]、平均絕對(duì)誤差(MAE)[,-率[14-725率[9-10,14-15,17,21,26.28-30.44]、F1值[17,21.26-27]、曲線下面積(AUC)[9-1127.30]等指標(biāo)評(píng)價(jià)推薦系統(tǒng)的預(yù)測性能;此外,5項(xiàng)研究[30.3-34.37,44]采用歸一化基于距離的性能指標(biāo)(NDPM)[30.3-34]、平均精度均值(MAP)[33.44]、平均倒數(shù)排名(MRR)[44]、命中率[34.37]對(duì)系統(tǒng)的推薦排序準(zhǔn)確度進(jìn)行評(píng)價(jià)。在營養(yǎng)健康相關(guān)指標(biāo)方面,采用營養(yǎng)攝入分?jǐn)?shù)[29]、營養(yǎng)達(dá)標(biāo)率[16.22-23]、營養(yǎng)均衡性評(píng)分[13]、生化指標(biāo)[33]、與醫(yī)療診斷的匹配度[45]以及營養(yǎng)師反饋[40]等對(duì)系統(tǒng)的健康促進(jìn)有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外,僅7項(xiàng)研究[16.18.33.35.38.40.42]通過用戶調(diào)查、預(yù)試驗(yàn)評(píng)估用戶滿意度、用戶反饋等主觀評(píng)價(jià)。具體見表1。
表1納入文獻(xiàn)的基本信息
Table 1Basic characteristics of included studies

(續(xù)表)

(續(xù)表)

2.4膳食推薦系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫來源和推薦算法
納入的38篇文獻(xiàn)中,膳食推薦系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括膳食相關(guān)數(shù)據(jù)庫和用戶產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)庫。膳食相關(guān)數(shù)據(jù)庫通常包括了食譜、食材、營養(yǎng)素含量等主體,其中8項(xiàng)研究[9-10,12.17,21,26,28-29]使用知識(shí)圖譜的形式進(jìn)行保存。用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)庫包括了用戶信息和用戶和食譜的交互記錄,133項(xiàng)研究[9-11,8,27-29,3-3,44]的交互數(shù)據(jù)通過用戶顯性反饋進(jìn)行收集,如用戶對(duì)食譜食物的評(píng)分評(píng)價(jià)、用戶的收藏列表以及上傳列表等;6項(xiàng)研究 [16,19-20,22,37,43] 通過用戶的歷史飲食記錄隱行收集用戶評(píng)分,根據(jù)進(jìn)食次數(shù)推斷用戶偏好。此外,2項(xiàng)研究[22.24通常從第三方軟件或用戶填寫的方式獲取季節(jié)、進(jìn)食環(huán)境等情景信息進(jìn)行推薦系統(tǒng)構(gòu)建。具體見表2。
關(guān)于推薦算法,納入的38篇文獻(xiàn)中均采用混合推薦算法,常用協(xié)同過濾推薦技術(shù)與基于內(nèi)容推薦結(jié)合[12,17,28.36]或協(xié)同過濾與基于知識(shí)[13.15.31]的混合推薦算法。此外,12篇文獻(xiàn)引入機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)(例如注意力機(jī)制[27,29,34]、深度學(xué)習(xí)[9,35]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[37,40,42]、Wide 8 Deep模型[1]等)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)(例如K-means[14.25]、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[9等)用于構(gòu)建推薦模型。具體見表2。
表2納入文獻(xiàn)膳食推薦系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫來源和常用算法
Table2 Data sourcesand common algorithms of dietary recommendation systems in included studies

(續(xù)表)

(續(xù)表)

(續(xù)表)

3討論
3.1健康領(lǐng)域的膳食推薦系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)和方法不斷發(fā)展
在健康飲食推薦系統(tǒng)的領(lǐng)域較常使用的推薦算法包括基于內(nèi)容、基于知識(shí)、協(xié)同過濾以及現(xiàn)在逐漸成為主流的基于數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)的推薦模型。協(xié)同過濾是應(yīng)用最為廣泛的推薦模型,核心是通過用戶交互歷史生成用戶-物品矩陣,利用用戶相似性和物品相似性進(jìn)行推薦7。基于內(nèi)容的推薦技術(shù)是一種基于物品特征的推薦方法,通過分析物品內(nèi)容特征向目標(biāo)用戶推薦與他們過去興趣類似的物品[7]。基于知識(shí)(knowledge-based)是根據(jù)特定的領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行物品推薦[7]。由于不同技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及健康領(lǐng)域飲食推薦系統(tǒng)多種目標(biāo)需求,現(xiàn)有飲食推薦模型通常在經(jīng)典模型中都采用混合推薦模式。同時(shí),隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的不斷發(fā)展,推薦技術(shù)創(chuàng)新融合的相關(guān)研究不斷涌現(xiàn),已逐漸成為膳食推薦技術(shù)研究的主流。此外,為了做出飲食建議,需要搜集數(shù)以千計(jì)的食物項(xiàng)目/配料,在食譜中食物/配料需要相互結(jié)合而非獨(dú)立存在,大大增加了推薦系統(tǒng)的復(fù)雜性4。許多研究將知識(shí)圖譜引入了膳食推薦系統(tǒng)中,知識(shí)圖譜由谷歌于2012年提出并運(yùn)用到搜索引擎中,是一種有向圖結(jié)構(gòu)的知識(shí)庫,涵蓋了實(shí)體、概念及其相互間的語義關(guān)系4。通過將知識(shí)圖譜融入推薦系統(tǒng)可以將信息關(guān)聯(lián)到一起,并利用知識(shí)推理推斷出用戶喜好,提高推薦的準(zhǔn)確度和可解釋性[48],也能有效改善傳統(tǒng)推薦系統(tǒng)冷啟動(dòng)和數(shù)據(jù)稀疏問題[49]。但除卻從算法視角出發(fā)的實(shí)踐和問題驅(qū)動(dòng),在健康領(lǐng)域中理想的飲食推薦系統(tǒng)不僅推薦適合用戶偏好的食品,而且還應(yīng)推薦更健康的食品選擇,跟蹤飲食行為,了解健康問題,說服用戶改變行為,引導(dǎo)用戶實(shí)踐更為健康的膳食模式。為了達(dá)到上述目標(biāo),研究者仍積極探索并構(gòu)建滿足個(gè)性化需求和個(gè)性化營養(yǎng)的膳食推薦技術(shù)。
3.2健康領(lǐng)域的膳食推薦系統(tǒng)報(bào)告尚不夠規(guī)范
膳食推薦系統(tǒng)從算法構(gòu)建和驗(yàn)證、系統(tǒng)構(gòu)建和評(píng)估到最終可以在健康領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用需要較長的研發(fā)周期和系統(tǒng)的測評(píng),但現(xiàn)有檢索結(jié)果發(fā)現(xiàn)許多研究僅處于初步算法和系統(tǒng)構(gòu)建階段,完整的健康飲食推薦系統(tǒng)構(gòu)建及評(píng)估并未見報(bào)道,因此期待研究者持續(xù)推進(jìn)系統(tǒng)的更新和研發(fā)并持續(xù)報(bào)告相關(guān)成果。特別需要指出的是,推薦系統(tǒng)本質(zhì)是一種信息處理系統(tǒng),信息的多樣和豐富對(duì)推薦系統(tǒng)的構(gòu)建也是十分重要的,但可能由于現(xiàn)有報(bào)告大多僅在構(gòu)建階段并主要關(guān)注在推薦功能的實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)來源通常是通過網(wǎng)絡(luò)爬蟲工具從常用的食譜網(wǎng)站和飲食網(wǎng)站等網(wǎng)絡(luò)資源爬取清洗所得或是小范圍問卷調(diào)查獲得,知識(shí)庫規(guī)模較小也并未報(bào)告后續(xù)更新和正式運(yùn)行擴(kuò)充的設(shè)計(jì),難以預(yù)測系統(tǒng)的擴(kuò)展性以及長期使用的適應(yīng)性等相關(guān)情況,也期待未來更多關(guān)于推薦系統(tǒng)知識(shí)庫更新和運(yùn)行的研究和報(bào)道。同時(shí),由于飲食推薦系統(tǒng)在健康領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段,其對(duì)健康行為促進(jìn)的效果也鮮少有隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)等研究報(bào)告。
3.3健康領(lǐng)域的膳食推薦系統(tǒng)的評(píng)估仍在探索階段
僅從推薦系統(tǒng)來看,如何選擇一個(gè)最佳推薦算法以及推薦算法如何評(píng)價(jià)也暫未給出一個(gè)公認(rèn)的答案。有學(xué)者提出基于人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估[50],包含輸入數(shù)據(jù)、結(jié)束數(shù)據(jù)、建模世界、適應(yīng)決策、整體評(píng)估5個(gè)層次;有學(xué)者通過評(píng)估的方法進(jìn)行分類,包括離線實(shí)驗(yàn)、在線實(shí)驗(yàn)和用戶調(diào)查。還有研究將健康領(lǐng)域的推薦系統(tǒng)評(píng)估總結(jié)為可行性、可用性、有效性、健康性等指標(biāo)[51-52]。雖然計(jì)算機(jī)科學(xué)的評(píng)估可以部分反映推薦系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與否,但對(duì)于健康領(lǐng)域應(yīng)用而言,推薦系統(tǒng)全過程的科學(xué)性值得關(guān)注。在本研究提取的結(jié)果中,僅有少研[8,12,15-16,18.26,31-3,39-4,45]基于醫(yī)學(xué)業(yè)識(shí)構(gòu)建飲食相關(guān)知識(shí)庫,大多是從“美食網(wǎng)站\"或“健康網(wǎng)站\"中獲取,其中關(guān)于食材的營養(yǎng)價(jià)值和適用患病人群描述的科學(xué)性需要進(jìn)一步探討。其次,在納入文獻(xiàn)中健康膳食推薦目的的實(shí)現(xiàn)各有不同:一類是將知識(shí)規(guī)則提前內(nèi)置于數(shù)據(jù)庫中,例如部分研究利用知識(shí)圖譜將食譜中食物的營養(yǎng)元素、食物與疾病保健的關(guān)系、食物與中醫(yī)體質(zhì)的關(guān)系等信息對(duì)原有食譜進(jìn)行補(bǔ)充,從而實(shí)現(xiàn)健的功能[-10,12.7,2,2,28-2]),Aapt等[45通過醫(yī)學(xué)專家提前設(shè)計(jì)的問卷流程圖引導(dǎo)用戶一步步填寫健康信息直到篩選出相之匹配的飲食類別;另一類是利用算法的設(shè)計(jì)進(jìn)行健康飲食推薦,例如將人體需攝入的營養(yǎng)素作為推薦目標(biāo),結(jié)合用戶偏好進(jìn)行多目標(biāo)、多特征推薦[16.23];通過分析用戶歷史的信息(化驗(yàn)指標(biāo)[41]、膳食歷史記錄[33.37]等)分析其缺少的營養(yǎng)元素,從而針對(duì)性地進(jìn)行飲食推薦;通過數(shù)據(jù)挖掘從包含醫(yī)療飲食指導(dǎo)的數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并模擬用戶與食譜的交互從而進(jìn)行健康飲食推薦[18.25-26]。但在本次納入的研究中,僅有5項(xiàng)研究[8.18.32.39-40]通過邀請(qǐng)專業(yè)醫(yī)療人員(包括醫(yī)生、營養(yǎng)師)對(duì)推薦結(jié)果進(jìn)行評(píng)估和反饋,其推薦結(jié)果的科學(xué)性和健康性驗(yàn)證的評(píng)估并未在系統(tǒng)構(gòu)建中得到重視。此外,現(xiàn)有研究中也并未提及有關(guān)經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估,而經(jīng)濟(jì)效益對(duì)于慢性病病人及其相關(guān)利益者或許是較為關(guān)心的方面。
4小結(jié)
本研究基于范圍綜述的基本框架,回顧了健康領(lǐng)域膳食推薦系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)。大量算法模型的提出和驗(yàn)證從理論層面證明其推薦功能的可實(shí)現(xiàn)性,但相關(guān)研究仍處于起步階段,相關(guān)報(bào)告并不完善,評(píng)估體系尚未建立。膳食推薦系統(tǒng)在健康領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用仍存在較大差距,期待未來更加完善的研究,將人工智能賦能營養(yǎng)健康,助力膳食管理。
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