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MAL Dokumentation: Videometrie-Schnelltest

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2. EINRICHTEN UND KONFIGURIEREN

2.1. Vicon-Workstation

Voraussetzung für die Weiterverarbeitung der mit dem Vicon-System gemessenen Daten ist, dass der Arbeitsschritt "Reconstruct" gelaufen ist. "Reconstruct" berechnet aus den zweidimensionalen Bilddaten der einzelnen Kameras die 3d-Trajektorien. Am Besten aktiviert man diesen Arbeitsschritt in der Pipeline von Vicon-Workstation. Empfehlenswert ist auch die Aktivierung von Save-Trial. Weitere Arbeitsschritte der Pipeline brauchen nicht aktiviert zu werden, sollten aber auch nicht störend wirken.

Damit nicht unnötig Speicherplatz auf der Harddisk verschwendet wird, kann der Trial-Type so eingestellt werden, dass nur Videodaten gemessen werden (unter Trial/Trial-Types). Die Messdauer unter Default Duration stellt man am besten auf 90 Sekunden ein.

Ausserdem muss darauf geachtet werden, dass das c3d-File im IBM-PC Format (nicht im DEC-Format) abgespeichert wird. Die erforderlichen Einstellungen sind unter User Preferences zu finden und sind wie folgt vorzunehmen:

• C3D data save format: Real
• C3D real data format: PC

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2.2. Archivierung

Voraussetzung für das Einrichten eines Videometrie-Schnelltests ist, dass man ins Messdaten-Archiv eingeloggt ist. Für die Messdaten-Archivierung müssen zwei Einträge in der Benutzertabelle eingerichtet werden: einer für das Autotracking und einer für die eigentliche Messdaten-Archivierung.

Der Eintrag für das Autotracking wird mit Insert, Analyse, Autotracking_Feet erzeugt und jener für die Messdaten-Archivierung mit Insert, Messung/Archivierung, Vicon-Measurement Beide Einträge müssen entsprechend konfiguriert werden. Für den Autotracking_Feet-Eintrag geschieht das mit Konfiguration, Analyse, Parameter. Folgende Parametermaske erscheint daraufhin:

• LTOE ... Vorfuss links
• RTOE ... Vorfuss rechts
• RHEE ... Ferse links
• LHEE ... Ferse rechts

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2.3. Analyse

Das Einrichten einer Messdatenanalyse (Formblatt, Befund, Vergleich oder Datensammlung) für den Videometrie-Schnelltest erfolgt wenn man als Benutzer ins Messdaten-Archiv eingeloggt ist durch Aufruf von Insert, Analyse wobei bei als Typ of Analysis "Video_Schrittparameter" einzustellen ist.

Für Datenanalysen vom Typ "Formblatt" oder "Befund" empfiehlt sich als Art der Datenselektion Einzelmessung, für "Vergleich" oder "Datensammlung" ist Messungsvergleich erforderlicht. Zweiteres bedeutet, dass bei der Analyse mehrere Messungen ausgewählt und somit gleichzeitig verarbeitet werden können.

Die Konfiguration der Analyse erfolgt, indem der Eintrag markiert und der Menüpunkt Konfigurieren / Analyse aufgerufen wird. Daraufhin erscheint folgende Eingabemaske:

• Zehe_L, Zehe_R, Ferse_L und Ferse_R beschreiben die Namen der 4 Marken, die für die Schritterkennung verwendet werden sollen.
• Ausgabeformat bestimmt, wie die Daten analysiert werden sollen.
• Zieldirectory bestimmt die Directory, in der der Befund oder das Formblatt temporär für die Anzeige gespeichert werden soll.
• HTML-Browser Ist der Pfad von dem Programm mit dem die HTML-Dateien angezeigt werden sollen (getestet wurde mit dem Internet-Explorer).
• Trittspur_gemittelt stellt ein, ob die Trittspuren einzeln dargestellt werden sollen (Wert 0) oder in Form einer Mittelwertkurve (Wert 1).
• Relativwerte bestimmt, ob die Statistikdaten absolut (Wert 0) oder bezogen auf das Körpergewicht (Wert 1) berechnet werden sollen.
• Befundtransfer kann eine MS-DOS Befehlszeile enthalten, die im Anschluß an die Anzeige des Befunds aufgerufen wird, um die temporären Befunddateien zu kopieren oder zu löschen.
• Datendoku kann dem Pfad einer HTML-Datei mit einer allgemeinen Beschreibung der Befunde enthalten.

Zehe_L, Zehe_R, Ferse_L und Ferse_R
Es ist möglich, die Analyse der Schrittparameter auch für Messungen mit mehr als 4 Marken durchzuführen. Um dem System mitzuteilen, welche der gemessenen Marken für die Schritterkennung verwendet werden sollen dienen diese 4 Parameter (die Markennamen sind case-sensitiv).

Ausgabeformat
Folgende Auswahlmöglichkeiten stehen für das Ausgabeformat zur Verfügung:

• Formblatt zeigt die Messergebnisse am Schirm an. Das Anzeigeformat ist für eine Bildschirmauflösung von 1024x768 Pixel optimiert und für das Ausdrucken schlecht geeignet. Bei jeder Anzeige werden die temporären Dateien der vorhergehenden gelöscht.
• Befund zeigt die Messergebnisse in einer druckbaren, etwas verkürzten Form an. Nach der Anzeige können die temporären Datein weiterverarbeitet werden.
• Datensammlung bewirkt, dass die Messdaten ins Datensammelsystem transferiert werden. Es erfolgt keine Anzeige der Messergebnisse. Für diese Variante ist es erforderlich, die Analyse mit Messungsvergleich einzurichten.
• Vergleich ermöglicht den Vergleich mehrerer Einzelmessungen. Es werden sämtliche Skalarwerte sowie die Vorführbögen in Transversal- und Sagittalrichtung angezeigt. Das Ausgabeformat ist nicht für den Druck optimiert.

Befundtransfer
Jeder Befund besteht aus einer Directory die entweder den Patientennamen gefolgt von " VI" trägt, oder, wenn eine Anforderungs-Identifikation vorhanden ist, nach dieser benannt ist. Befunde werden für die Anzeige in jene Directory gespeichert, die beim Parameter Zieldirectory angegeben ist. Will man sie dauerhaft speichern (z.B. in einer Datenbank), so müssen sie nach der Anzeige kopiert oder verschoben werden. Im Parameter Befundtransfer kann eine MS-DOS-Kommandozeile eingetragen werden, die diese Aufgabe übernimmt. Dem angegebenen Kommando wird der Name der Befunddirectory als Parameter übergeben. In der Regel wird man hier eine Patch-Datei starten. Ein Leerstring im Parameter Befundtransfer bewirkt, dass keine weitere Verarbeitung gestartet wird.

Datendoku
Dieser Parameter ist nur beim Ausgabeformat "Befund" relevant. Wird hier ein Pfad auf eine HTML-Datei angegeben, so erscheint unter dem Link "Details" (rechts unten im Befund) ein Verweis mit dem Namen "Beschreibung der Messgrößen", der auf diese Datei zeigt. Ein Leerstring bewirkt, dass dieser Verweis nicht aufscheint.

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3. BEDIENUNG

3.1. Praktische Hinweise

Schuhwerk, Gehilfen: Der Videometrie-Schnelltest funktioniert auch mit Schuhen einwandfrei. Barfuß-Aufnahmen haben jedoch den Vorteil, dass es leichter ist, nach längerer Zeit Vergleichsmessungen unter gleichen Bedingungen durchzuführen. Gehilfen wie Stöcke, Krücken, Schienen, Bandagen etc. sind kein Hinderungsgrund für die Messung, nur sollten derlei Beeinflussungen des Gangbilds im Kommentar angemerkt werden. In manchen Fällen ist sogar die Messung mit Rollator möglich. Glänzende Metallteile können eventuell mit Klebeband abgedeckt werden, falls das System keine validen Daten erkennt.

Markenplatzierung: An jedem Fuss werden zwei Marken angebracht:

1. Der Vorfuß-Marker ist auf halber Strecke zwischen dem medialem und lateralem Fußrand etwa am Zehenansatz anzubringen
2. Der Fersenmarker wird ca. 2 cm über dem Boden am Ansatz der Achillessehne angebracht.

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3.2. Messen

Die Durchführung einer Messung mit dem Vicon-System ist im Vicon-Handbuch beschrieben. Für die Weiterverarbeitung der Messdaten mit dem MAL-System ist es erforderlich, dass die erfassten Messdaten vor dem Speichern mit "Rekonstrukt" bearbeitet werden. Am Besten aktiviert man diesen Arbeitsschritt in der Pipeline. Außerdem muss das Ausgabeformat des Vicon Systems entsprechend eingestellt sein, damit MAL die Daten lesen kann (siehe Videometrie).

• Proband vorbereiten: Marken auf Vorfuß und Ferse mit doppelseitigem Klebeband montieren und eventuell die Hosenbeine etwas aufkrempeln, damit die Marken nicht verdeckt werden können. Während der weiteren Vorbereitungen der Messung kann der Proband bereits auf- und abgehen um sich an die Gangstrecke zu gewöhnen.
• Messen: Die Messung wird mit dem Vicon-Workstation Programm durchgeführt und sollte etwa 90 Sekunden laufen. Während dieser Zeit sollte der Proband weitgehend ohne Unterbrechung auf- und abgehen. Danach muss gewartet werden, bis "Reconstruct" gelaufen ist und die Trial-Daten gespeichert wurden.
• Archivieren: Mit einem Doppelklick auf den Archivierungseintrag in der User-Tabelle des Messdaten-Archivs wird die Datenarchivierung gestartet. Im DOS-Window erscheint zunächst der Name der eingelesenen Vicon-C3D-Datei und anschließend für jeden Teildurchgang (=Zurücklegen der Messstrecke in eine Richtung) eine kurze Meldung über die erkannten Zeitabschnitte. Zum Abschluß erscheint die Maske für die Eingabe der Probandendaten. Nach dem Eingeben der Probandendaten muss diese mit der Enter-Taste abgeschlossen werden (wenn das Fenster mit [X] geschlossen wird, werden die Daten nicht archiviert). Nach dem Eingeben der Probandendaten erscheint noch ein Editor-Fenster zum Eingeben von Bemerkungen. Diese Bemerkungen werden (im Gegensatz zum Kommentar) in den Befund eingeblendet. Das Editor-Fenster kann mit der Escape-Taste oder durch Schließen des Fensters mit [X] verlassen werden.

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3.3. Auswerten und Befunden

Üblicherweise werden beim Einrichten zwei Einträge für Messdatenanalysen, einer für ein Formblatt und einer für den Befund, konfiguriert. Durch einen Doppeklick auf einen dieser Einträge wird die Datenanalyse gestartet.

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3.4. Beschreibung der Messergebnisse

3.4.1. Allgemeines zu den Messergebnissen

• Bewegungszyklus = voller Schritt (links-links oder rechts-rechts)
• Schritt = halber Bewegungszyklus (links-rechts oder rechts-links)

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  x = log((L-R)^2)

  S = ∑ (x-MW(x))*g



  MW(x) .. Mittelwert von x

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  x = log(sqrt(variance(P)))

  S = ∑ (x-MW(x))*g



  MW(x) .. Mittelwert von x

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• Anzahl Die Anzahl der Bewegungszyklen sollte sowohl links als auch rechts mindestens 5 sein, sonst kann man sich auf die Genauigkeit der Messergebnisse nicht verlassen. Werden weniger oder keine Bewegungszyklen erkannt, so liegt das meist an schlechten Aufnahmebedingungen, seltener am Gangbild des Probanden.
  
  Hinweis: Es kann vorkommen, dass die Anzahl der für die Datenberechnung brauchbaren Schritte kleiner ist als die Anzahl der Bewegungszyklen.
• Zykluslänge: zeigt an, ob der Patient große oder kleine Schritte macht. Sie hängt auch von der Körpergröße des Patienten und von der Ganggeschwindigkeit ab. Normalpersonen haben meist Zykluslängen größer 1 m.
• Zyklusdauer: hängt direkt von der Gehgeschwindigkeit und der Zykluslänge ab (Zyklusdauer = Zykluslänge / Gehgeschwindigkeit). Das heißt, wenn ein Patient kürzere Schritte macht, muss bei gleicher Geschwindigkeit die Zyklusdauer ebenfalls kürzer sein. Die Streuung der Zyklusdauer ist ein Maßstab für die Rhythmik des Ganges. Große Streuung bedeutet unrhythmischer Gang. Bei Normalpersonen liegen die Streuungen etwa bei 20 ms.
• Schrittlänge: Die Schrittlänge kann zwischen links und rechts unterschiedlich sein, wenn der Patient asymmetrisch geht. Ist der linke Wert größer als der rechte, dann sind die linken Fußungen nach vorne verschoben und umgekehrt. Bei Normalpersonen liegen die Unterschiede zwischen links und rechts bei etwa 2-3 cm.
• Schrittdauer: Unterschiede in der Schrittdauer zwischen links und rechts treten auf, wenn der Patient vom Rhythmus her asymmetrisch geht (kurz-lang-kurz-lang...). Die Unterschiede liegen bei Normalpersonen meist unter 10 ms.
• Schrittbreite: wird hauptsächlich vom Gangstil bestimmt, hängt aber auch von der Körpergröße ab. Großere Schrittbreite = "Sehmannsgang". Starke Streuung bei der Schrittbreite bedeutet "schwankender Gang".
• Kontaktzeit: Eine einseitige Verkürzung der Kontaktzeit bedeutet meist, dass der Patient auf diesem Fuß nicht gerne steht (z.B. weil er Schmerzen hat oder es an Kraft mangelt). Man muss aber in diesem Zusammenhang immer auch die Größe der Vertikalkraft betrachten (wird beim Videometrie-Schnelltest allerdings nicht gemessen). Es kann nämlich sein, dass der Patient am entsprechenden Bein kürzer aber stärker (mehr Vertikalkraft) steht. Bei Normalpersonen liegen die Unterschiede zwischen links und rechts unter 20 ms.
• Hebehöhe: Die Fersenhebehöhe nimmt mit steigender Geschwindigkeit zu und liegt bei Normalpersonen etwa im Bereich 17-25 cm.
• Auswärtsrotation: ist individuell stark unterschiedlich und kann auch bei Normalpersonen zwischen 5 und 15 Grad variieren.
• Aufsetzwinkel: Der Aufsetzwinkel wird mit steigender Geschwindigkeit größer, weil die Schritte länger werden. Er liegt bei Normalpersonen etwa zwischen 15 und 25 Grad.
• Abhebwinkel: Wird ebenso wie der Aufsetzwinkel mit steigender Geschwindigkeit größer. Bei Normalpersonen liegt er etwa zwischen 50 und 60 Grad.
• Aufsetzbeschleunigung: Die Aufsetzbeschleunigung dient als Indikator für Fußheberschwäche. Geht der Wert gegen Null oder wird er positiv, so ist das ein Zeichen, dass der Proband den Vorfuß beim Absetzen nicht richtig bremsen kann. Bei Normalpersonen liegt der Wert im Bereich -11 bis -7 m/s^2. Der Parameter ist allerdings nicht sehr verlässlich.

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  3.4.4. Kurven
  
  

  3.4.4.1. Vorführbogen sagittal
  
  Der Vorführbogen in der Sagittalebene zeigt die Spur des Fersenpunktes von der Seite gesehen. Damit die Montagehöhe und eventuelle Ungenauigkeiten in der Orientierung des Koordinatensystems in Bezug auf den Boden keine Rolle spielen, sind die Anfangs- und Endpunkte der Kurven immer mathematisch auf die Nulllinie gerückt. Jeweils zwei Kurven einer Farbe zeigen das "Streuungsband", sind also der Mittelwert+Streuung und der Mittelwert-Streuung. Die Achsen sind automatisch skaliert. In der Regel hat die X-Achse daher eine andere Skalierung als die Y-Achse.

  

  
  
  Dieses Bild zeigt die Vorführbögen einer Normalperson. Die Zykluslänge beträgt etwa 1.5 m, das Streuband ist schmal, daher sind die Schritte sehr regelmäßig. Das kleine Häkchen am rechten Ende der Kurve entsteht durch die Elastizität der Ferse und das Aufstellen (siehe Aufsetzwinkel) des Fußes. Der Fersenmarker wird am Beginn der Fussung dadurch etwas näher an den Boden gedrückt.

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  3.4.4.2. Vorführbogen transversal
  
  Der transversale Vorführbogen zeigt die Spuren der Fersenpunkte von oben gesehen. Jeder Fuss lenkt in eine andere Richtung aus. Auch hier sind Anfangs- und Endpunkt auf Null gezogen. Daher kann man aus dieser Graphik nicht die Spurbreite erkennen. Man muss auch bedenken, dass die Y-Achse normalerweise sehr sensibel skaliert ist, weil die seitlichen Bewegungen des Fußes beim Gehen klein sind. Dadurch erscheinen die Streuungsbänder auch bei Normalpersonen u.U. sehr breit.

  

  
  
  Dieses Bild zeigt die transveralen Vorführbögen einer Normalperson. Die Kurvenform kann auch bei Normalpersonen stark variieren, sollte aber etwa spiegelsymmetrisch sein.

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  3.4.5. Automatische Beurteilung
  
  Die automatische Beurteilung des Gangbilds berücksichtigt die Parameter "Symmetrie" und "Stabilität" sowie bestimmte Absolutwerte von Seitendifferenzen. Jeder der beurteilten Parameter hat die Eigenschaft, dass größere Werte auf ein schlechteres Gangbild hindeuten. Für die Beurteilung werden jeweils zwei Grenzwerte herangezogen. Bei Überschreitung der ersten Grenze wird die Formulierung "leicht" oder "etwas", bei Überschreitung der zweiten Grenze "stark" oder "deutlich" verwendet.
  
  

  Parameter	Grenze1 (leicht/etwas)	Grenze2 (stark/deutlich)
  Symmetrie	-0.0113578	0.00685415
  Stabilität	-0.0156255	0.0111608
  Kontaktzeit	0.015	0.032
  Schrittlänge	1.9	3.9
  Schrittdauer	0.022	0.043
  Hebehöhe	0.85	1.8
  Auswärtsrot.	3.9	7.4
  Aufsetzwinkel	2.08	3.96

  
  
  Die Beurteilung von Symmetrie und Stabilität wird immer als erstes angeführt, die weiteren Beurteilungen werden nach Intensität absteigend sortiert.

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  4. PROGRAMMBESCHREIBUNG
  
  

  4.1. Messdatenarchivierung
  
  Die Codes für die Archivierung von Videometrie-Schnelltestdaten sind in der Klasse vicon_measurement_class zu finden. Sie ist von der Klasse eva_measurement_class (Klasse für Messungen mit dem Motion-Analysis EVA-System) abgeleitet, die ihrerseits von der Klasse measurement_class abgeleitet ist.
  
  Jede Instanz der Klasse vicon_measurement_class enthält die Konfigurationsdaten der Archivierung (Quelldatei, Messfrequenz etc.) sowie die Messdaten.
  
  Bei der Archivierung von Videometrie-Schnelltest-Daten wird die Funktion 'archivation' aufgerufen, die (wenn der Parameter "Schnelltestvariante" in der Konfiguration eingestellt ist) das lokal definierte Wort durchgang_aufteilen aufruft. durchgang_aufteilen liest die Messdaten vom Vicon C3D-File und ruft anschließend das Wort messinstanzen_berechnen auf. messinstanzen_berechnen sucht zunächst Zeitabschnitte, in denen Marker sichtbar sind und speichert diese in eine Instanz der Klasse timeslices_class mit dem Namen 'passagen'. Für jede Passage wird dann eine Messinstanz, das ist eine Instanz der Klasse vicon_measurement_class mit den entsprechenden Trajektorien dieser Passage berechnet.

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  4.2. Messdatenanalyse
  
  Die Analyse von Videometrie-Schnelltest-Messdaten wird von der Klasse Video_Schrittparameter die von der Klasse analysis_class abgeleitet ist durchgeführt. Im Detail wird die Funktion start_selected aufgerufen. Diese erwartet die aus dem Messdaten-Archiv selektierten Daten in der global definierten Variablen selection. Je nach Konfiguration wird eines der folgenden lokal definierten Worte

  • Formblatt
  • Befund
  • Datensammlung
  • Vergleich
  beim Start von start_selected ausgeführt.
  
  Jedes dieser Worte muss zu Beginn die Analogdaten und Statistikdaten berechnen. Die Berechnung der Analogdaten erfolgt mit der Funktion analogdaten_berechnen die ihrerseits für jeden Durchgang die Funktion messinstanz>analogdaten aufruft. Diese Vorabberechnung der Analogdaten aus den Messinstanzen dient zur Zeitersparnis. Die Analogdaten sind eine aufbereitete Form der aus dem Messdaten-Archiv mit der Funktion analog> gewonnenen Messdaten (mit einigen Zusatzinformationen) und werden in einer Variable analogdaten für die weiteren Berechnungen zur Verfügung gestellt. Die weiteren Funktionen greifen dann nurmehr auf analogdaten zu (nur in den seltensten Fällen auf die Messinstanzen).
  
  Als erster Plausibilitätstest wird in der Funktion analogdaten_berechnen die Distanz zwischen Vorfuß- und Fersenmarker überprüft. In Fällen wo Unplausibilitäten in den Messdaten eines Durchgangs erkannt werden, wird das Wort unplausibel aufgerufen das die Variable plausibel auf Null setzt. Unplausible Daten werden am Ende der Funktion messinstanz>analog verworfen. Drei Kriterien müssen erfüllt werden, damit die Daten als plausibel gelten:
  1. Die Distanz darf niemals kleiner 5 cm sein,
  2. Sie darf niemals größer 35 cm sein und
  3. Sie darf von ihrem Medianwert nicht mehr als 3 cm abweichen
  
  
  Als zweiter Plausibilitätstest wird die Reihenfolge der Fussungen mit dem Wort vollkontakt_checken überprüft. Zu diesem Zweck werden zunächst mit dem Wort vollkontakt_berechnen jene Phasen berechnet, in denen der Fuss mit der ganzen Sohle am Boden steht. Das Ergebnis sind zwei Instanzen der Klasse timeslices_class. Die lokalen Worte

    +high_trigger
    -high_trigger
    +low_trigger
    -low_trigger
    +extrapolieren
    -extrapolieren
  

  dienen für die Bestimmung der Vollkontaktphase. Um die Zeitpunkte zu denen die Geschwindigkeit Null wird oder wieder den Nullwert verlässt genau zu bestimmen, werden jeweils zwei Triggerpunkte (ein hoher und ein niedriger) z.B. mit -high_trigger und -low_trigger bestimmt. Der Eckpunkt wird dann z.B. mit dem Wort -extrapolieren ähnlich wie bei einer Tangentenmethode berechnet, indem der zeitliche Abstand zwischen den Triggerpunkten mit einem empirisch ermittelten Faktor multipliziert und nach dem Zeitpunkt des zweiten Triggers addiert wird. Analoges gilt für das Verlassen der Nullgeschwindigkeit mit umgekehrten Vorzeichen.
  
  Die Funkton statistik_berechen berechnet aus den Analogdaten die Werte (Stichproben) für die Statistik-Tabelle. Die Aufbereitung dieser Daten für die Dateiausgabe im HTML-Format erfolgt von dem Wort statistik.

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