CN101785679A - 图像处理装置以及x射线诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像处理装置以及X射线诊断装置,图像处理装置具备:存储在血管造影拍摄序列下产生的多个X射线投影图像数据的存储部;根据这些数据产生与被设定为向对象部位供给血液的区域的基准区域相关的基准时间浓度曲线、以及与在向对象部位的被供给血液的区域内设定的多个灌流区域相关的多个时间浓度曲线的时间浓度曲线的产生部;根据基准时间浓度曲线与多个时间浓度曲线的关系测定造影剂从基准区域到达多个灌流区域的多个延迟时间的延迟时间测定部;对每个灌流区域计算表示根据延迟时间确定的期间中的时间浓度曲线相对于基准时间浓度曲线的相关性的多个第1指标的指标运算部;生成表示第1指标的空间分布的第1图像的灌流图像生成部。
Description
相关申请的交叉引用
本申请基于2009年1月22日提交的在先日本专利申请No.2009-012119并要求其为优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及用于使心肌等的灌流图像化的图像处理装置以及X射线诊断装置。
背景技术
例如,向心肌供给血液(灌流)在心脏进行心跳运动方面是不可欠缺的。在以往的血管造影检查中只观察血管,不怎么进行心肌观察。随着近年来摄像技术的进步,能够高时间分辨率且高画质地取得X射线图像,所以有人提出了测定心肌灌流的具体方法。例如,在日本特开2008-136800号公报中提出了如下方法:根据通过造影剂注入取得的、与被设定为向心肌供给血液的区域的基准区域相关的基准时间浓度曲线和与在心肌区域内设定的多个局部区域相关的时间浓度曲线的关系,生成灌流图像。
在此,考虑在血管中存在狭窄病变的情况。由于在该狭窄处血流受得阻碍,所以存在狭窄的血管的末梢与不存在狭窄的情况相比,直到造影剂到达为止的时间会变晚,或者不能供给充分的血液量。例如,考虑在第1狭窄的末梢的第1区域中,时间晚但供给充足的血液量,在第2狭窄的末梢的第2区域中,时间晚且没有供给充足的血液量的情况。此时,时间浓度曲线(Time Density Curve:TDC)与正常区域的情况相比,在第1区域中曲线的形状相似,但时相偏移,在第2区域中曲线的形状、时相都不同。因此两者都为显示异常的灌流图像,虽然能够把握没有在适当的定时向该区域的心肌供给血液的情况,但是存在没有区分出是否供给了血液的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于:提供能够准确地观察对象部位中的灌流的图像处理装置以及X射线诊断装置。
根据本发明的一个方面,提供一种图像处理装置,具备:存储部,存储在血管造影摄影序列下产生的多个X射线投影图像数据;产生部,根据上述多个X射线投影图像数据,产生与被设定为向对象部位供给血液的区域的基准区域相关的基准时间浓度曲线、以及与在上述对象部位的被供给血液的区域内设定的多个灌流区域相关的多个时间浓度曲线;测定部,根据上述基准时间浓度曲线与上述多个时间浓度曲线的关系,测定上述造影剂从上述基准区域到达上述多个灌流区域的多个延迟时间;运算部,针对每个上述灌流区域,计算表示根据上述延迟时间确定的期间中的上述时间浓度曲线相对于上述基准时间浓度曲线的相关性的多个第1指标;以及第1图像生成部,生成表示上述第1指标的空间分布的第1图像。
根据本发明的另一个方面,提供一种X射线诊断装置,具备:X射线管,产生X射线;X射线检测器,检测透过被检体的X射线;存储部,存储在血管造影摄影序列下由上述X射线检测器产生的多个X射线投影图像数据;产生部,根据上述多个X射线投影图像数据,产生与被设定为向对象部位供给血液的区域的基准区域相关的基准时间浓度曲线、以及与在上述对象部位的被供给血液的区域内设定的多个灌流区域相关的多个时间浓度曲线;测定部,根据上述基准时间浓度曲线与上述多个时间浓度曲线的关系,测定上述造影剂从上述基准区域到达上述多个灌流区域的多个延迟时间;运算部,针对每个上述灌流区域,计算表示根据上述延迟时间确定的期间中的上述时间浓度曲线相对于上述基准时间浓度曲线的相关性的多个第1指标;以及第1图像生成部,生成表示上述第1指标的空间分布的第1图像。
在下面的描述中将阐述本发明的其它目的和优点,部分内容可以从说明书的描述变得明显,或者通过实施本发明得以明确。通过下文中详细指出的手段和组合可以实现和得到本发明的目的和优点。
附图说明
结合在这里并构成说明书的一部分的附图描述本发明的实施方式,并且与上述的概要说明以及下面的对实施方式的详细描述一同用来说明本发明的原理。
图1为表示具备本发明的图像处理装置的X射线诊断装置的一个实施方式的图。
图2为图像处理部的功能框图。
图3为表示图像处理部的处理步骤的流程图。
图4为用于说明时间浓度曲线的产生处理的图。
图5为用于说明灌流值的计算处理的图。
图6为表示Patlak Plot的一个例子的图。
图7为表示延迟图像的一个例子的图。
图8为表示图像显示例的图。
图9为用于说明变形例1的处理的图。
图10为用于说明变形例1的处理的图。
图11为用于说明变形例3的处理的图。
图12为用于说明变形例5的处理的图。
图13为表示变形例7中的图像显示例的图。
具体实施方式
以下,参照附图详细地说明本发明的实施方式。另外,在以下实施方式中,假设将本发明的图像处理装置组装到X射线诊断装置中来进行说明。
图1表示本实施方式的X射线诊断装置的结构。X射线诊断装置具有C形臂7。C形臂7由机构控制部6旋转自如地支撑。在C形臂7的一端安装有X射线产生部2。X射线产生部2具有X射线管20与X射线光阑器21。高电压产生部1产生向X射线管20的电极间施加的高电压(管电压),并且产生向X射线管20的灯丝供给的灯丝电流。高电压控制部17按照系统控制部8的控制,控制在高电压产生部1中产生的管电压以及/或者灯丝电流。
C形臂7的另一端安装有X射线检测部5。X射线检测部5具有检测器18以及处理检测器18的输出而生成图像数据的图像数据生成部19。检测器18隔着载置在床上的被检体3,与X射线产生部2的X射线管20对峙。检测器18典型地为将入射X射线直接或间接地转换为电荷的多个检测元件(像素)二维排列而形成的固体平面检测器。通过系统控制部8的控制,X射线检测器5以恒定周期重复进行由电荷蓄积、电荷读出以及复位组成的一个循环的检测动作。心电图监视器端子15安装在被检体3上。心电图监视器接收部16接收来自心电图监视器端子15的信号,产生被检体3的心电图的数据。操作部9与系统控制部8连接。
操作部9是为了向系统控制部8传达来自用户的各种指令而设置的,具有键盘、鼠标等各种输入设备。显示部12由CRT(阴极射线管,cathode-ray tube)、液晶显示器(LCD:Liquid Crystal Display)等构成。
图像数据生成部19连续生成拍摄进行了血管造影的被拍摄体而得到的X射线图像。例如是每秒有10至30张图像的动画图像,动画具有3至60秒的持续时间。图像收集保存部10与心动相位数据相关联地存储从上述图像数据生成部19收集到的图像数据。
图2示出了图像处理部11的功能框图。图像处理部11具备时间浓度曲线产生部110、延迟时间测定部111、指标运算部112、灌流图像生成部113、延迟图像生成部114。
时间浓度曲线(Tim Density Curve:TDC)产生部110根据在心脏冠状动脉造影拍摄序列下产生的多个图像数据,产生与被设定为向心肌供给血液的区域的基准区域相关的基准时间浓度曲线、以及与在心肌区域内设定的多个局部区域(灌流区域)相关的多个时间浓度曲线。
延迟时间测定部111根据基准时间浓度曲线与多个时间浓度曲线的关系测定出上述造影剂从基准区域到达多个灌流区域的多个延迟时间。
指标运算部112针对每个灌流区域,计算表示经过延迟时间后的期间中的时间浓度曲线相对于基准时间浓度曲线的相关性的多个指标(灌流值)。
灌流图像生成部113生成表示上述求出的灌流值的空间分布的灌流图像(第1图像)。延迟图像生成部114,生成表示上述测定出的延迟时间的空间分布的延迟图像(第2图像)。显示部12对比上述灌流图像与延迟图像并在画面上加以显示。
图3为表示图像处理部11的处理步骤的一例的流程图。以下,针对各步骤的处理内容进行说明。
[时间浓度曲线的产生:步骤S11]
时间浓度曲线产生部110根据在心脏冠状动脉造影拍摄序列下产生的多个图像数据,产生与被设定为向心肌供给血液的区域的基准区域相关的基准时间浓度曲线、以及与在心肌区域内设定的多个灌流区域相关的多个时间浓度曲线。所谓时间浓度曲线是将时间(图像的帧编号)作为横轴、将图像的浓度(亮度)作为纵轴而绘制的图表,可以针对每个像素取得。例如,图4(a)所示,将A0设为基准区域,将灌流区域设为心肌M1、M2、M3时,能够取得图4(b)所示的时间浓度曲线。
[延迟时间的测定:步骤S12]
延迟时间测定部111分别测定出多个时间浓度曲线相对于基准区域的时间浓度曲线的延迟时间。即,在图4(b)中,作为心肌M1、M2、M3的延迟时间,分别测定出从A0的时间浓度曲线到心肌M1、M2、M3的时间浓度曲线的时间差T1、T2、T3。例如,读取各个时间浓度曲线的倾斜度达到最大的时刻,计算出延迟时间。
[灌流值的计算:步骤S13]
指标运算部112针对每个灌流区域,计算表示经过延迟时间后的期间中的时间浓度曲线相对于基准时间浓度曲线的相关性的多个指标(灌流值)。例如,在使用公知文献所示的Patlak Plot等方法时,根据使用下述公式定义的造影剂向心肌的流入流出模型计算出灌流值K1。另外,Ca(t)相当于基准区域A0中的基准时间浓度曲线,Cmyo(t)相当于心肌M1、M2、M3中的时间浓度曲线。
对上式进行积分:
如果在Y轴上绘制Cmyo(t),在X轴上绘制∫0 TCa(t)dt,则直线的倾斜度表示K1。
指标运算部112例如在图5中对于心肌M1以区间S1的数据为基础进行模型计算,对于心肌M2以区间S2的数据为基础进行模型计算。由此,在仅仅延迟的区域中,如图6那样Patlak Plot的倾斜度大致相同,因此计算出相同的灌流值。在图6中M3的倾斜度明显小,因此可以将这样的区域判断为异常区域。
[灌流图像的生成:步骤S14]
灌流图像生成部113生成表示在上述步骤S13中求出的灌流值的空间分布的图像(灌流图像)。
[延迟图像的生成:步骤S15]
延迟图像生成部114,生成表示在上述步骤S12中测定出的延迟时间的空间分布的图像(延迟图像)。例如,如7图那样作为图像显示出来。在图7中,使用网格的密度表示延迟时间,也可以作为彩色图像显示出来。
[图像的显示:步骤S16]
显示部12对比灌流图像与延迟图像并加以显示。例如,如图8所示,是在监视器上的左侧显示灌流图像、在右侧显示延迟图像的例子。在此,假设图像以同样大小显示来自相同角度的图像。在此,对比可以是如下等的显示方法:不仅是简单地横向排列两个图像,而且例如在两个图像上鼠标指针在相同坐标上移动,或者使两个图像上的放大率等始终相等地变化。另外,也可以使用彩色表现两个图像中的一个,使用亮度表现另一个。例如,使用彩色表现灌流值,使用网格的大小表现延迟时间,或者,使用彩色的亮度表现灌流值,使用彩色的色度表现延迟时间。
并且,重叠显示两个图像,或者,只显示灌流图像,也可以在灌流图像上显示与鼠标指针所在的图像相关的部位的延迟时间。另外,在画面上只显示灌流图像时,延迟时间等有异常的部分闪烁(或者用最大亮度或者用网格)显示。这样,在某一个图像中检测出异常区域时,在另一个图像中进行强调显示(使用粗线框显示、动画显示、闪烁显示等)。另外,可以通过操作部9经由GUI切换上述各种图像显示方法。
通过这样对比显示,例如即使在灌流图像中观察为正常的区域中,在延迟图像中也可以发现不良而判断出需要治疗。在图8的例子中,对于画面中央下部,在灌流图像中可知正常供给血液,看起来好像没有异常,但是在延迟图像中可知灌流延迟较大。由此可知,该区域虽然在血液供给上没有问题,但是到造影剂流入为止需要较长时间。在临床上,假设存在如下的心肌区域:例如存在完全闭塞血管并且存在侧副血流通路,从侧副血流通路供给充分的血流。该心肌区域并不缺血。因此,不会马上致死。但是处于从侧副血流通路供给这样的危险状态下,因此运动时或者由于某种原因使侧副血流通路变细时,马上会有陷入缺血的危险性。因此,只要可能就应该进行治疗。
因此,如果使用本图像处理装置横向排列并显示两者,则两者的对比观察会变得比较容易。图8的左侧表示位于正中央附近的LAD末梢部也有血流供给,右图表示网格的密度变高、对该区域的造影花费很多时间。这是只看左侧的图像不明白、正是因为有对比两者进行观察的显示方法才可以诊断的现象。这样,根据本实施方式,并不是简单的显示,而是能够向医师提供辅助诊断的信息。
(变形例1)
在上述步骤S11中,延迟时间测定部111根据时间浓度曲线产生部110产生的灌流区域(心肌)的时间浓度曲线测定出延迟时间。变形例1在延迟时间测定部111中,根据针对血管的每个枝产生的血管上的多个区域的时间浓度曲线测定出延迟时间。
作为延迟时间的测定方法,作为多数心脏病专家(Cardiologist)使用的用语,有TIMI血流帧数计数(TIMI Frame Count,TFC)的定义。这是表示造影剂从冠状动脉主干部流到末梢所需要的时间的指标。在定义中,对一次造影确定一个TFC。但是实际上TFC应该针对每个枝都不相同。
具体来说,例如,延迟时间测定部111如图9(a)所示,在血管上设置多个ROI(Region of Interest,关心区域),如图9(b)所示,将从A0到A1的延迟时间定义为T1,将从A0到A2的延迟时间定义为T2。图9(c)是例如根据延迟时间T1、T2的大小对血管改变浓度而生成延迟图像。另外,图10表示采用上述血管的延迟时间作为附近的心肌的延迟时间的例子。具体来说,例如,将从A0到A1的延迟时间T1作为心肌M1的延迟时间。由此,不仅是血管还可以同时求出心肌的延迟时间。
(变形例2)
变形例2作为步骤S12中的延迟时间测定方法的变形例,提出计算出延迟时间,使其与造影剂对心肌的流入流出模型相符的方法。在日本特开2008-136800号公报中提出了使用下述公式定义的模型来计算灌流的方法。
在此,Cmyo为心肌浓度,Ca为血管浓度,t为时刻,T为延迟时间,K1为灌流值。为了适应由该公式定义的模型,需要在左边取最大值的时刻t使右边达到最大。延迟时间测定部111根据从图像得到的血管的时间浓度曲线Ca(t)与从图像得到的灌流区域的时间浓度曲线Cmyo(t),对每个区域测定出最适合的延迟时间T。
(变形例3)
变形例3对延迟时间的零点的设定方法进行定义。
在上述步骤S12的延迟时间的测定处理中,需要定义延迟时间的零点,即,将时刻t=0设定为哪个时刻。一般而言,具备注入造影剂的装置(注射器),通过取得其注入开始信号,将注入开始时刻定义为t=0。但是根据此方法,从注射器开始注入造影剂之后,直到从导管顶端实际上流出造影剂,具有数秒的时滞。
如后面所述,假定取得延迟时间的治疗前后的比等,这样的情况下该时滞是不好的。因此,如图11(a)所示,延迟时间测定部111在插入到脏器血管中的导管的顶端或比顶端稍靠前的血管的图像上设定ROI,参照ROI的时间浓度曲线,如图11(b)所示,将基准时间浓度曲线上升的时刻设定为延迟时间的零点。
(变形例4)
变形例4可以应对象心脏那样进行周期性运动的脏器。
由于心脏跳动,如果要使用所得到的图像的全部帧产生时间浓度曲线,就会形成象波浪那样的时间浓度曲线。因此,时间浓度曲线产生部110在上述步骤S11中产生时间浓度曲线之前,例如追加在规定期间内的帧中取平均的处理。或者,如日本特开2008-136800号公报所示,时间浓度曲线产生部110针对每一次心跳使用一张特定的心动相位的图像,产生时间浓度曲线。在周期性运动的脏器中,与不运动的脏器相比需要上述那样的处理,因此时间浓度曲线产生部110具备对应于周期性运动的脏器的处理模式以及用于不运动的脏器的处理模式,可以根据脏器的不同分别使用两种处理模式。
(变形例5)
变形例5是根据从基准区域到各灌流区域的距离校正延迟时间的方法。
例如,如图12(a)那样考虑心肌正常区域M1、位于离基准区域远的地方的区域M2、位于妨碍血流的狭窄病变的末梢侧的区域M3。在不考虑延迟时间而在恒定期间计算灌流值的方法中,如图12(b)那样只将M1计算为正常,M2与M3被判断为异常。因此,提出了在延迟时间测定部111中,根据与导管顶端(基准区域)A0的距离来校正心肌区域的延迟时间的方法。在图12(a)中,从A0到M1、M3的距离近,而从A0到M2的距离远。延迟时间测定部111根据距离的长度进行缩短延迟时间的校正。由此,M2的延迟时间大幅度缩短(提前),M3的延迟时间在比M1大、比M2小的范围内缩短。作为结果,得到如图12(c)那样的被校正的曲线,可以将M1与M2判断为正常,将M3判断为有延迟。
(变形例6)
变形例6显示针对每个灌流区域根据延迟时间生成的灌流图像与不考虑延迟时间的灌流图像这两者。即,灌流图像生成部113不仅生成在上述步骤S14中生成的灌流图像(第1图像),而且还生成表示在全部的像素(区域)中使用相同延迟时间计算的灌流值的空间分布的灌流图像(第3图像),并将两种图像显示在显示部12上。不考虑延迟时间的灌流图像可以观察以规定的定时进行灌流的灌流量,但是在有灌流延迟时判断为异常,不清楚是否供给了血液。另一方面,针对每个灌流区域根据延迟时间生成的灌流图像可以观察灌流量,但是在有灌流延迟时判断为正常。由此,两者的特征一目了然,对医生而言能够同时提供宝贵的信息。进而,也可以显示这两个图像的差图像。由此,能够确定灌流延迟等异常。
(变形例7)
图像处理部11也可以对上治疗前后的数据进行上述图像处理,显示治疗前后的图像。例如,如图13所示,灌流图像生成部113以及延迟图像生成部114生成治疗前的灌流图像以及延迟图像与治疗后的灌流图像以及延迟图像共计4个图像,在治疗前后对比这些图像并在显示部12的画面上加以显示。可知,治疗前后灌流没有变化,但是治疗后延迟时间的密度高的部分没有了,即延迟消除了。这意味着,脱离前述“危险状态”的手术成功了。
并且,灌流图像生成部113以及延迟图像生成部114也可以生成表示治疗前的灌流值以及延迟时间除以治疗后的灌流值以及延迟时间的治疗前后的比的分布的图像。显示部12可以并列地、例如在左边显示灌流值的治疗前后的比的图像,在右边显示延迟时间的治疗前后的比的图像。另外,也可以使用治疗前的灌流值以及延迟时间与治疗后的灌流值以及延迟时间的差来代替比。
在上述实施方式中,说明了本发明的图像处理装置与X射线诊断装置一体化的结构,但作为具备图像数据收集保存部10、图像处理部11以及显示部12的图像处理装置,也可以形成各自独立的结构。
另外,本实施方式的图像处理装置的各功能也可以通过在工作站等计算机中安装执行该处理的程序,并在存储器上展开这些程序而实现。此时,可以使计算机执行该方法的程序也可以被存储到磁盘(软盘、硬盘等)、光盘(CD-ROM、DVD等)、半导体存储器等存储媒体中并发布。
本领域技术人员容易想到其它优点和变更方式。因此,本发明就其更宽的方面而言不限于这里示出和说明的具体细节和代表性的实施方式。因此,在不背离由所附的权利要求书以及其等同方案限定的一般发明概念的精神和范围的情况下,可以进行各种修改。
Claims (14)
1.一种图像处理装置,其特征在于,具备:
存储部,存储在血管造影摄影序列下产生的多个X射线投影图像数据;
产生部,根据上述多个X射线投影图像数据,产生与被设定为向对象部位供给血液的区域的基准区域相关的基准时间浓度曲线、以及与在上述对象部位的被供给血液的区域内设定的多个灌流区域相关的多个时间浓度曲线;
测定部,根据上述基准时间浓度曲线与上述多个时间浓度曲线的关系,测定上述造影剂从上述基准区域到达上述多个灌流区域的多个延迟时间;
运算部,针对每个上述灌流区域,计算表示根据上述延迟时间确定的期间中的上述时间浓度曲线相对于上述基准时间浓度曲线的相关性的多个第1指标;以及
第1图像生成部,生成表示上述第1指标的空间分布的第1图像。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置,其特征在于:
上述第1指标包括表示上述灌流区域的血流状态的灌流值。
3.根据权利要求1所述的图像处理装置,其特征在于,还包括:
第2图像生成部,生成表示上述延迟时间的空间分布的第2图像;
显示部,将上述第1图像与上述第2图像一起显示。
4.根据权利要求1所述的图像处理装置,其特征在于:
上述测定部以上述灌流区域附近的血管的时间浓度曲线为基础产生上述灌流区域的时间浓度曲线。
5.根据权利要求1所述的图像处理装置,其特征在于:
上述测定部根据上述造影剂对上述灌流区域的流入流出模型求出上述延迟时间。
6.根据权利要求1所述的图像处理装置,其特征在于:
上述测定部根据从上述基准区域到上述灌流区域的距离来校正上述延迟时间。
7.根据权利要求1所述的图像处理装置,其特征在于:
上述第1图像生成部还在上述多个灌流区域中生成表示多个第2指标的空间分布的第3图像,该第2指标表示恒定期间的上述时间浓度曲线相对于上述基准时间浓度曲线的相关性;
上述图像处理装置还具备:
显示部,将上述第1图像与上述第3图像一起显示。
8.一种X射线诊断装置,其特征在于,具备:
X射线管,产生X射线;
X射线检测器,检测透过被检体的X射线;
存储部,存储在血管造影摄影序列下由上述X射线检测器产生的多个X射线投影图像数据;
产生部,根据上述多个X射线投影图像数据,产生与被设定为向对象部位供给血液的区域的基准区域相关的基准时间浓度曲线、以及与在上述对象部位的被供给血液的区域内设定的多个灌流区域相关的多个时间浓度曲线;
测定部,根据上述基准时间浓度曲线与上述多个时间浓度曲线的关系,测定上述造影剂从上述基准区域到达上述多个灌流区域的多个延迟时间;
运算部,针对每个上述灌流区域,计算表示根据上述延迟时间确定的期间中的上述时间浓度曲线相对于上述基准时间浓度曲线的相关性的多个第1指标;以及
第1图像生成部,生成表示上述第1指标的空间分布的第1图像。
9.根据权利要求8所述的X射线诊断装置,其特征在于:
上述第1指标包括表示上述灌流区域的血流状态的灌流值。
10.根据权利要求8所述的X射线诊断装置,其特征在于,还包括:
第2图像生成部,生成表示上述延迟时间的空间分布的第2图像;
显示部,将上述第1图像与上述第2图像一起显示。
11.根据权利要求8所述的X射线诊断装置,其特征在于:
上述测定部以上述灌流区域附近的血管的时间浓度曲线为基础产生上述灌流区域的时间浓度曲线。
12.根据权利要求8所述的X射线诊断装置,其特征在于:
上述测定部根据上述造影剂对上述灌流区域的流入流出模型求出上述延迟时间。
13.根据权利要求8所述的X射线诊断装置,其特征在于:
上述测定部根据从上述基准区域到上述灌流区域的距离来校正上述延迟时间。
14.根据权利要求8所述的X射线诊断装置,其特征在于:
上述第1图像生成部还在上述多个灌流区域中生成表示多个第2指标的空间分布的第3图像,该第2指标表示恒定期间的上述时间浓度曲线相对于上述基准时间浓度曲线的相关性;
上述图像处理装置还具备:
显示部,将上述第1图像与上述第3图像一起显示。
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