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ライフサイエンスハイスピードカメラ解析/モーションキャプチャー

歩行分析、医療福祉、スポーツ

MAC3D Systemを使用して動作データを取得し、各種解析ソフト(KinTools RT / nMotion musculous / SIMM / Visual 3D)で解析することで、重心位置や関節トルクなどの計測困難なデータを算出することができます。また屋外での計測も可能なので、これまで困難だった動作データも取得できます。さらに、CGアニメーションに適用すれば、動作データや解析結果などを直感的に分かりやすく表現できます。

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  • ハイスピードカメラ MEMRECAM HX-1
    ハイスピードカメラ MEMRECAM HX-1
    ハイスピードカメラを使用したシステムでは、1秒間に数百枚から数千枚の高速撮影でスポーツアスリートたちの最高のパフォーマンス場面における複雑な技(ワザ)のアーカイブだけでなく、解析を行うことで数値的に評価・指導することができます。サッカー、陸上競技、体操競技などのスポーツ競技場面で撮影された高速カメラの映像から動作解析を行うことができます。
    また、取得できるモーションキャプチャーシステムや、視線計測用アイカメラシステム(アイマークレコーダー)、筋電や脈波などを記録できる生体情報測定装置と組み合わせることでメンタルな面からも統合的な解析ができます。

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  • 高感度・高速カメラによる撮影
    高感度・高速カメラによる撮影
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  • 歩行分析

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    MAC3D Systemによる動作計測イメージ
    MAC3D Systemによる動作計測イメージ
    MAC3D Systemを使用して、床反力計が設置された歩行路で歩行動作の三次元データを取得します。被験者には反射マーカーを貼り付けるだけなので、被験者への負担や動作の制限が少なくて済みます。取得したデータに対し、解析ソフトウェアを使用して逆運動学解析、逆動力学解析を行うことで、重心位置や関節トルクなどの計測困難なデータを算出できます。解析結果は、解析ソフトウェア内でグラフ表示可能ですし、Excelデータとして出力することもできます。

    計測装置 MAC3D System
    取得データ マーカー三次元位置、床反力、筋電、トリガー信号、AVIビデオ
    マーカーセット Helen Hayesなど
    マスモデル Zatsiorsky、カスタム
    スケルトンエンジン Skeleton Builder、Calcium、
    ハイブリッドモデル
    解析法 逆運動学解析、逆動力学解析
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  • 歩行分析システム
    MAC3D Systemを使用して、歩行動作の三次元データを取得します。被験者には反射マーカーを貼り付けるだけなので、被験者への負担や動作の制限が少なくて済みます。また、予め用意されたマーカーの貼り方(Helen Hayesマーカーセット)をすれば、すぐに計測を始められます(三次元空間のキャリブレーションは必要)。リアルタイム性に優れ、計測中にシステムの状態や被験者の動作を確認できるため、欲しいデータが取得できたかをすぐに判断できます。
    また、取得した動作データに対し、解析ソフトウェアを使って、逆運動学解析(身体重心・関節角度など)や逆動力学解析(関節トルク・関節間力など)を行えば、歩行分析に役立ちます。

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  • 光学反射式モーションキャプチャーの原理
    モーションキャプチャーカメラと反射マーカー
    モーションキャプチャーカメラがリングライトストロボを発光します。反射マーカーにその光が当たると、反射光が返ってきます。モーションキャプチャーカメラはその反射光を捕らえてマーカー中心を算出し、制御コンピューターにイーサネット経由で送信します。

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  • モーションキャプチャーカメラが捕らえたマーカーの反射光
    反射マーカーのマーカー中心を、複数台のカメラから取得することにより、制御ソフトウェアにてキャブレーションされた三次元空間で三次元位置データとして算出されます。

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  • システム概要の例
    システム概要の例
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  • システム構成
    光学反射式モーションキャプチャーシステムMAC3D Systemを使用して、反射マーカーの三次元位置データを取得します。また、各社床反力計や筋電計をMAC3D Systemと接続することにより、反射マーカーデータと同期したアナログデータも同時に取得できます。反射マーカーを人体に貼り付けることで、ヒトの運動計測を行えます。取得したデータはマーカーの位置データですが、解析ソフトウェアで逆運動学解析/逆動力学解析を行うことにより、重心位置や関節トルクなどの計測困難なデータを算出することができます。

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  • 撮影部
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  • モーションキャプチャーカメラ Raptor-E
    モーションキャプチャーカメラ Raptor-E
    解像度 1,280×1,024pixel
    (130万画素)
    最大フレームレート 500fps(フル解像度)
    10,000fps(部分スキャン)
    ズームレンズ 18~55mm
    その他 屋外対応

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  • 解析部
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  • KinTools RT(キンツールズアールティー)
    KinTools RTによる関節角度のグラフ表示
    KinTools RTによる関節角度のグラフ表示
    ・運動学解析
    ・動力学解析
    ・グラフ描画機能
    制御ソフトCortex組込みのため、同じGUI上でシームレスに解析結果が得られます(使用には別途ライセンスが必要)

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  • nMotion musculous(エヌモーションマスキュラス)
    三次元空間上に解析結果を視覚的に表示
    三次元空間上に解析結果を視覚的に表示
    ・日本人体型ベースの詳細筋骨格モデル作成
    ・運動学解析
    ・動力学解析
    ・筋張力、筋活性度の推定
    ・グラフ描画機能
    ・床反力推定機能

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  • SIMM(シム)
    SIMMによる筋骨格モデルのアニメーション
    SIMMによる筋骨格モデルのアニメーション
    ・詳細な筋骨格モデルの作成
    ・人体以外の生物筋骨格モデルの作成
    ・バイオメカニクス研究者のCADパッケージ
    ・外科手術シミュレーター
    ・動作計測データのアニメーションツール
    ・動力学シミュレーション、順・逆動力学解析

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  • Visual3D(ビジュアルスリーディー)
    Visual 3Dによる骨格モデルのアニメーション
    Visual 3Dによる骨格モデルのアニメーション
    ・詳細な骨格モデルの作成
    ・C3Dファイル入力
    ・運動学解析
    ・動力学解析
    ・豊富なグラフ描画
    ・ハードウェア非依存

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  • オプション
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  • Motion Composer(モーションコンポーザー)
    Motion Composerによるレポート作成画面
    Motion Composerによるレポート作成画面
    動作データと解析結果のレポートをフリーのビューワー付きで作成するソフトウェア。モーションデータだけでなく、リファレンスビデオやグラフ、解説文、図表なども挿入可能です。
    制御ソフトCortex組込みのため、同じGUI上でシームレスにスライド作成が可能です(使用には別途ライセンスが必要)。

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  • 導入事例
    業種: 医療/ 学校/ 機械メーカー/ 素材/ 建設 など
    対象: 臨床研究/ リハビリテーション/ 義肢装具/ スポーツ/ 商品開発/ ロボット工学 など

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  • 医療福祉

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    MAC3D Systemのリハビリへの応用イメージ
    MAC3D Systemのリハビリへの応用イメージ
    MAC3D Systemを使用して、動作の三次元データを取得します。被験者には反射マーカーを貼り付けるだけなので、被験者への負担や動作の制限が少なくて済みます。取得したデータに対し、解析ソフトウェアを使用して逆運動学解析、逆動力学解析を行うことで、重心位置や関節トルクなどの計測困難なデータを算出できます。解析結果は、解析ソフトウェア内でグラフ表示可能ですし、Excelデータとして出力することもできます。これらの解析結果から、障害者や介護士の動作の安定度、成熟度などを評価でき、リハビリテーションや介護・福祉の分野で活用できます。
    また、医療器具などにマーカーを付けその変位を捕らえることで、医療行為のトレーニングや器具の開発にも利用できます。

    計測装置 MAC3D System
    取得データ マーカー三次元位置、床反力、筋電、トリガー信号、AVIビデオ
    マーカーセット Helen Hayesなど
    マスモデル Zatsiorsky、カスタム
    スケルトンエンジン Skeleton Builder、Calcium、
    ハイブリッドモデル
    解析法 逆運動学解析、逆動力学解析
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  • 医療福祉システム
    身体動作をデータ化することで、科学に基づいた分析が可能となり、様々な特徴的動作を抽出することができます。光学反射式モーションキャプチャーシステムである、MAC3D Systemは、身体動作の三次元計測(データ化)に最適なソリューションです。被験者には反射マーカーを貼り付けるだけなので、被験者への負担や動作の制限が少なく、動作の特徴を正確に捕らえるために十分な精度もあります。また、予め用意されたマーカーの貼り方(Helen Hayesマーカーセット)をすれば、すぐに計測を始められます(三次元空間のキャリブレーションは必要)。リアルタイム性に優れ、計測中にシステムの状態や被験者の動作を確認できるため、欲しいデータが取得できたかをすぐに判断できます。
    データ分析は、専用ソフトウェアを使って、逆運動学解析(身体重心・関節角度など)や逆動力学解析(関節トルク・関節間力など)を行うことで、動作の安定度、成熟度などを評価でき、その結果に基づいて一人ひとりに最適な処方を行えます。

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  • また抜群のリアルタイム性能によって、動作計測中に予め設定したある閾値を超えるとリアルタイムに何らかのアクションを実行できるので(リアルタイムフィードバック)、リハビリテーションや介助動作の評価、医療行為のトレーニング、医療機器の開発などにも利用できます。

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  • リアルタイムフィードバックの例1:「リハビリテーションのナビゲーション」
    リアルタイムフィードバックの例1:「リハビリテーションのナビゲーション」
    患者がある設定された高さまで膝を上げると、制御コンピューターから警告音が鳴る。患者への負担を考慮したリハビリテーションを行える。

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  • リアルタイムフィードバックの例2:「外科手術のナビゲーション」
    リアルタイムフィードバックの例2:「外科手術のナビゲーション」
    外科手術において、器具の先端に仮想マーカーを定義し、手元のマーカーをキャプチャーすることによって器具先端の位置を推定。その位置情報をリアルタイムにCTデータや身体3DCGに反映させることにより、医師のカンに頼ることなく確実に器具を操作できる。

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  • 仮想マーカーとは?
    モーションキャプチャー可能なマーカーから相対的な位置を定義し、計算によって位置を推定する仮想的なマーカーのこと。これにより、物理的に計測することが出来ないエリアの位置情報を取得できる。 画像では、金属製の棒の手元付近にマーカーを貼り付け、それらのマーカーから、棒の下方先端位置に定義された仮想マーカーを算出することで、モーションキャプチャー不可能な箱の中での棒の先端の動きを取得している。

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  • システム構成
    光学反射式モーションキャプチャーシステムMAC3D Systemを使用して、反射マーカーの三次元位置データを取得します。また、各社床反力計や筋電計をMAC3D Systemと接続することにより、反射マーカーデータと同期したアナログデータも同時に取得できます。反射マーカーを人体に貼り付けることで、ヒトの運動計測を行えます。取得したデータはマーカーの位置データですが、解析ソフトウェアで逆運動学解析/逆動力学解析を行うことにより、重心位置や関節トルクなどの計測困難なデータを算出することができます。

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  • 撮影部
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  • Raptor-4(ラプター4)
    モーションキャプチャーカメラ Raptor-4
    解像度 2,358×1,728pixel
    (400万画素)
    最大フレームレート 200fps(フル解像度)
    10,000fps(部分スキャン)
    ズームレンズ 18~55mm
    その他 屋外対応

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  • 解析部
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  • KinTools RT(キンツールズアールティー)
    KinTools RTによる関節角度のグラフ表示
    KinTools RTによる関節角度のグラフ表示
    ・運動学解析
    ・動力学解析
    ・グラフ描画機能
    制御ソフトCortex組込みのため、同じGUI上でシームレスに解析結果が得られます(使用には別途ライセンスが必要)

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  • nMotion musculous(エヌモーションマスキュラス)
    三次元空間上に解析結果を視覚的に表示
    三次元空間上に解析結果を視覚的に表示
    ・日本人体型ベースの詳細筋骨格モデル作成
    ・運動学解析
    ・動力学解析
    ・筋張力、筋活性度の推定
    ・グラフ描画機能
    ・床反力推定機能

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  • SIMM(シム)
    SIMMによる筋骨格モデルのアニメーション
    SIMMによる筋骨格モデルのアニメーション
    ・詳細な筋骨格モデルの作成
    ・人体以外の生物筋骨格モデルの作成
    ・バイオメカニクス研究者のCADパッケージ
    ・外科手術シミュレーター
    ・動作計測データのアニメーションツール
    ・動力学シミュレーション、順・逆動力学解析

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  • Visual3D(ビジュアルスリーディー)
    Visual 3Dによる骨格モデルのアニメーション
    Visual 3Dによる骨格モデルのアニメーション
    ・詳細な骨格モデルの作成
    ・C3Dファイル入力
    ・運動学解析
    ・動力学解析
    ・豊富なグラフ描画
    ・ハードウェア非依存

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  • オプション
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  • Motion Composer(モーションコンポーザー)
    Motion Composerによるレポート作成画面
    Motion Composerによるレポート作成画面
    動作データと解析結果のレポートをフリーのビューワー付きで作成するソフトウェア。モーションデータだけでなく、リファレンスビデオやグラフ、解説文、図表なども挿入可能です。
    制御ソフトCortex組込みのため、同じGUI上でシームレスにスライド作成が可能です(使用には別途ライセンスが必要)。

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  • ユーザ事例
    Toronto Rehabilitation Institute CEAL
    カナダのトロントにあるリハビリテーション施設。
    CEALとは、"Challenging Environment Assessment Laboratory" の略。
    高齢者や障害者が日々直面する困難な状況を模擬した空間にMAC3D Systemが設置され、最新のリハビリテーションシステムとして活用されています。

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  • 導入事例
    業種: 医療/ 学校/ 機械メーカー/ 素材/ 建設など
    対象: 臨床研究/ リハビリテーション/ 義肢装具/ スポーツ/ 商品開発/ ロボット工学など

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  • スポーツ

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    モーションキャプチャーシステムによる フィギュアスケート計測
    モーションキャプチャーシステムによる フィギュアスケート計測
    体表の反射マーカーから自動でリアルタイムに三次元データを取得できるモーションキャプチャーシステムや、視線計測用アイカメラシステム(アイマークレコーダー)、筋電や脈波などを記録できる生体情報測定装置と組み合わせることでメンタルな面からも統合的な解析ができます。

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  • システム構成
    スポーツは複雑な動きを素早く行うため目には見えない速さです。ハイスピード撮影し、スローモーションで見ることだけでも重要なデータとなります。
    スポーツや人体行動を総合的に計測するとき、五感の中でも視線を中心にとらえることが重要になります。視線計測用アイカメラシステム(アイマークレコーダー)とモーションキャプチャーシステム、生体情報測定装置、ハイスピードカメラなどを組み合わせ計測し解析することで、人体の統合運動を計測できるシステムに発展できます。

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  • 撮影部
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  • ハイスピードカメラ MEMRECAM HX-6
    ライフサイエンス
    写真はHX-3
    ISO感度
    カラー / モノクロ
    2,000 / 10,000
    解像度 2,560×1,920pixel
    撮影速度 50~650,000fps
    記録時間 6.9秒以上
    (1,000fps、32GB、8bit時)

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  • Raptor-E
    モーションキャプチャーカメラ Raptor-E
    解像度 1280×1024pixel
    (130万画素)
    最大フレームレート 500fps(フル解像度)
    10,000fps(部分スキャン)
    ズームレンズ 18~55mm
    その他 屋外対応

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  • アイマークレコーダ EMR-9
    アイマークレコーダ EMR-9(帽子タイプ)
    アイマークレコーダ EMR-9(帽子タイプ)
    有効画素数 視野カメラ:640(H)×480(V)
    測定範囲 眼球運動:水平±40° 垂直±20°
    検出レート 60Hzモデル
    60/120/240Hzモデル
    記録時間 約60分
    記録方式 SDカード

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  • 無線生体情報測定装置 NeXus(ネクサス)
    無線生体情報測定装置
    無線生体情報測定装置
    入力チャネル数 10
    AD変換分解能 24bit
    Bluetooth通信
    USB2.0接続
    フラッシュメモリ対応 SDカード (4~64GB)
    電源 リチウムイオン専用バッテリー

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  • 床反力計フォースプレート BP400600HF
    床反力計フォースプレート BP400600HF
    床反力計フォースプレート BP400600HF
    寸法 400×600×82.5mm
    重量 18kg
    最大荷重 4450N/8900N
    固有振動数 830Hz(Fz)2000の場合
    特徴 スポーツ用、高・固有振動数

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  • 解析部
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  • 動作解析ソフトウェア MOVIAS Neo(ムービアスネオ)
    反射マーカーを付け屋内陸上走行を自動追尾
    反射マーカーを付け屋内陸上走行を自動追尾
    ハイスピードカメラなどで撮影された映像データを元に定量解析を行うソフトウェアです。被写体のマーカや特徴点を自動的にトラッキング(追尾)し、トラッキングした対象点の位置、変位、速度、加速度などを定量解析します。解析結果は、グラフやリスト、スティック表示など様々な出力に対応しています。

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  • ビデオ統合解析ソフトウェア KineAnalyzer(キネアナライザー)
    様々な装置のデータを統合し、 同期再生・解析が可能
    様々な装置のデータを統合し、 同期再生・解析が可能
    さまざまな装置のデータを統合し、同期再生・解析が可能なソフトウエアです。ハイスピードカメラのAVI動画、モーションキャプチャ装置MAC3Dの三次元データ、筋電図、床反力計、加速度センサ、側圧分布、各種トリガー/イベントをデータインポートでき、同期合わせ、同期再生、多彩なグラフ化レポート出力ができます。

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  • アイマーク解析ソフトウエア EMR-dStream(ディーストリーム)
    遠隔からも複数台のカメラを操作可能
    遠隔からも複数台のカメラを操作可能
    アイマークレコーダEMR-9で記録した動画データを定量的に解析するソフトウエアです。SDメモリカードで直接データの取込みができ、各種補正や解析機能、結果をデータ出力できます。
    この他、注視点解析の自動抽出化やヒートマッピングできる“EMR-dTarget”、視線・瞳孔径と顔の表情とを組み合わせて解析する“感性分析システム”があります。

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  • 筋骨格モデル動作解析ソフトウエア nMotion musculous(エヌモーションマスキュラス)
    筋骨格解析ソフトウエアnMotion musculous(エヌモーションマスキュラス)         nMotion計算結果で筋負担場所の推定
    筋骨格解析ソフトウエアnMotion musculous(エヌモーションマスキュラス) nMotion計算結果で筋負担場所の推定
    モーションキャプチャーシステムで取得した人間の動作データを解析し、筋肉がどのように働いているかを、3次元アニメーションで視覚化できる、筋骨格モデル動作解析ソフトウェアです。
    関節角度や関節モーメントの計算はもちろん、筋張力・筋活性度といった身体内部の筋活動の推定まで解析する事ができます。

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  • オプション
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  • LED照明装置 ARRI L7
    LED照明装置 ARRI L7
    LED照明装置 ARRI L7
    ハイスピードカメラので撮影時に使われる最新の照明です。複数台使うことで、高速シャッターでもブレのない静止画を得ることができます。動作解析ソフトウェアMOVIAS Neoで自動追尾する際にも特徴点を確実に捉えることができます。被験者に熱を与えず演色性も良いため、カラー撮影に最適です。

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  • 導入事例
    業種: 国立・県立スポーツセンター/国公立大学および私立大学人間科学系研究室
    対象: バイオメカニクス研究/トレーニング科学/スポーツ心理/スポーツ用具メーカー研究所

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