CN112540335A - 磁共振断层成像设备中识别故障的失谐电路的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查磁共振断层成像设备的天线线圈的失谐装置的方法，以及一种用于执行该方法的根据本发明的磁共振断层成像设备。在该方法的步骤中，激活天线线圈的失谐装置。在另外的步骤中，接收第一接收信号和第二接收信号。将接收信号进行比较，并且依据结果输出警告信号。

Description

磁共振断层成像设备中识别故障的失谐电路的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于检查磁共振断层成像设备的天线线圈的失谐装置的方法。在该方法中，借助接收器通过天线线圈来对接收信号进行接收。

背景技术

磁共振断层成像设备是成像装置，其为了对检查对象成像而利用强外部磁场使检查对象的核自旋对齐，并且通过交变磁场激励核自旋围绕该对齐进动。从激励状态到具有较低能量的状态的自旋的进动或返回继而产生作为响应的交变磁场，该交变磁场由天线接收。

借助梯度磁场，向信号施加位置编码，位置编码随后可以实现将接收到的信号与体积元相关联。然后分析接收到的信号并且提供检查对象的三维成像显示。

为了实现尽可能最佳的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，尝试尽可能靠近患者地来布置用于接收的天线线圈。这通过所谓的局部线圈来实现，局部线圈通常利用电缆连接与磁共振断层成像设备连接。然而，由于激励核自旋时的高磁场，如果安全装置失灵，则故障的局部线圈也会给患者带来危险。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，使局部线圈的应用更加可靠。

上述技术问题通过根据本发明的方法来解决。

根据本发明的方法被设置为用于检查磁共振断层成像设备的天线线圈的失谐装置。对于失谐装置，存在通过控制信号有针对性地激活失谐装置的可能性。这例如可以是施加到失谐装置上的直流电压或直流电流，如其在PIN二极管或开关中所常见的。但是，控制信号还可以是另外的模拟或数字信号，其在失谐装置的控制装置中导致天线线圈失谐。

然而，如果本身可能通过感应电压而导致对患者的危害的信号、特别是在天线线圈中感应的高频信号激活了失谐装置，如其例如对于无源保险丝或齐纳二极管是这种情况，则在本发明的意义中特别是不将其视为失谐装置的激活。优选地，失谐装置导致天线线圈的谐振频率的偏移，其中此外还可以通过所连接的接收器来实现对高频信号的接收。失谐装置例如可以通过天线线圈的并联或串联谐振电路中的电容可变的二极管或可接通的电感或电容来实现。然而，可以想到的是，失谐装置还具有无源部件，无源部件执行对感应电压或电流的限制。例如，可以想到失谐二极管，其在没有外部控制信号的情况下通过感应的、整流的电压进行失谐，或者还可以想到交叉连接的二极管或齐纳二极管，其将大于界限值的感应电压短路。

在该方法的步骤中，例如通过将一个电流的电压或者将另外的控制信号施加到天线线圈的控制装置来激活天线线圈的失谐装置。

在另外的步骤中，接收器接收具有激活的失谐装置的天线线圈的第一接收信号。在此，将高频电流信号和/或电压信号视为接收信号，模拟地或者以模拟的方式对其进行处理和/或其数字化地到达接收器。特别地，接收信号具有关于幅度、相位和/或频谱分布的信息。在此，接收器可以是用于测试失谐装置的专用接收器，但是优选地是磁共振断层成像设备的接收器，该接收器还用于从磁共振断层成像设备接收磁共振信号以用于成像。

在另外的步骤中，利用接收器来接收天线线圈的第二接收信号。在此，依据该方法的实施方式，如随后在本发明中分别说明的，失谐装置可以被激活或不被激活。已经提到的内容适用于接收信号和接收器。

在另外的步骤中，测试控制器将第一接收信号与第二接收信号进行比较。在此，测试控制器例如可以是磁共振断层成像设备或图像分析的控制器或者是专用的处理器。作为第一和第二接收信号的比较，例如可以是求差值或求商以及与预定的差值或商的比较，或者是与平均或最大幅度或能量的关系。在此，比较优选地不限于精确的值，而是也可以通过值范围来定义，值范围例如有第一或第二接收信号的两个值中的一个的最多5％、10％、20％或50％宽，或者在商的情况下与值1偏差了小于0.1、0.2或0.5的因数。在比较的框架中还可以想到对这些关系进行进一步的数学计算。为此，下面给出了示例性的实施方式。

如果比较的结果与预定的值范围不一致，则控制器通过输出设备向用户输出警告信号和/或中断进一步的图像采集。

例如可以想到，输入信号的在时间上的变化、如衰减取决于激活的失谐装置，并且因此可以通过两个接收信号的比较推断出失谐装置的功能。以有利的方式，根据本发明的方法可以借助磁共振断层成像设备的部件实现对失谐装置的快速检查。

根据本发明的磁共振断层成像设备具有测试装置，该测试装置用于利用测试控制器来测试磁共振断层成像设备的天线线圈的失谐装置。在此，测试控制器可以是专用的处理器或逻辑模块，但也可以是磁共振断层成像设备的处理器，该处理器通过程序除了承担图像采集之外还承担所述任务。测试控制器被设计为，用于激活天线线圈的失谐装置，利用接收器接收第一接收信号，利用接收器接收第二接收信号，将第一接收信号与第二接收信号进行比较，并且当比较的结果与第一接收信号与第二接收信号的预定关系不一致时，输出警告信号。该警告信号例如可以在显示器上输出给用户或者输出给磁共振断层成像设备的控制器，以便停止进一步的图像采集。

根据本发明的磁共振断层成像设备分享根据本发明的方法的优点。

本发明还给出了其他有利的实施方式。

在根据本发明的方法的可能的实施方式中，该方法具有禁用失谐装置的步骤。接收第一接收信号的步骤在失谐装置激活的情况下进行，而接收第二接收信号的步骤在失谐装置关断的情况下进行。在比较步骤中，将第一接收信号的噪声电平与第二接收信号的噪声电平进行比较。例如，可以通过求差值或求商来比较噪声的幅度或能量。还可以想到，在较大的动态范围内通过求对数显示结果。还可以想到，考虑由失谐装置通过谐振频率的变化而引起的噪声能量的频谱分布。

将具有激活的失谐装置和具有禁用的失谐装置的两个接收信号进行比较可以以简单的方式实现对失谐装置的有源部分的功能的检查。

在根据本发明的方法的可想到的实施方式中，磁共振断层成像设备的发送器在接收第一接收信号和第二接收信号的步骤期间发送小信号。如果测试脉冲的幅度足够低，以便在局部线圈故障的情况下能够避免对局部线圈的损坏或者对患者的危险并且不会过控制接收器，则将其视为小信号。因此，小信号或测试脉冲必须具有低功率或减小的功率。在此，将小于0.1瓦、1瓦或5瓦的功率视为减小的功率。在此，减小的功率还可以通过在发送天线上形成的测试脉冲的幅度表示，其中有效电压通常小于0.5V、1V、5V或15V。

例如，可以设置单独的信号源作为用于生成小信号的发送器。

通过小信号不过控制接收器，利用根据本发明的方法有利地还可以在比较第一接收信号和第二接收信号时识别小的差异，例如轻微的衰减或者频谱分布的变化。

在根据本发明的方法的可能的实施方式中设置发送器，其用于产生磁共振断层成像设备的激励脉冲以产生小信号。为此，发送器在信号产生器与功率输出级之间具有可通断的衰减装置，该衰减装置被设计为，在接收步骤中将功率输出级的输入信号衰减，使得发送器不会过控制接收器。为此，发送器必须具有相应线性的电路技术，以便能够成比例地并且以足够小的失真和噪声产生相应较小的信号强度。例如，可以设置可通断的衰减装置，以将输入信号降低了40dB、60dB、80dB、100dB或更多，从而发送器也产生相应降低的输出信号。但是，也可以在输出侧设置相应的衰减元件，使得降低对功率输出级的线性度的要求。

以有利的方式，在检查失谐装置时使用用于产生激励脉冲的发送器可以实现简单地将测试集成到现有的硬件中。

在根据本发明的方法的可想到的实施方式中还设置了发送器，其用于产生磁共振断层成像设备的激励脉冲还用于产生小信号。在此，在接收第一接收信号和接收第二接收信号的步骤期间，不向功率输出级馈送输入信号。换言之，将激励信号的产生中断，或者产生具有恒定输出值的信号。例如还可以想到，将信号产生器与功率输出级之间的连接中断或者将功率输出级的输入端与恒定的电位连接。功率输出级然后在输出端产生噪声，该噪声在测试过程中作为小信号进行发送。

根据本发明，使用功率输出级的噪声可以实现在不改变发送器的情况下也可以利用发送器产生并发射小信号，并且由此尤其使根据本发明的测试过程的实施变得容易。

在根据本发明的方法的可能的实施方式中，在接收第一接收信号和第二接收信号的步骤期间，在患者通道中布置信号源作为小信号的发送器。信号源发送小信号，其中在接收第一接收信号的步骤与接收第二接收信号的步骤之间，小信号的功率改变了预定的大小。优选地，高频交变场的频率等于拉莫尔频率或者在接近拉莫尔频率的范围内。

小信号的预定的大小变化以有利的方式提供了辨别小信号和/或消除背景信号的可能性。此外，例如还可以通过接收信号的非线性特性来检查失谐装置的无源元件的有效性。

在根据本发明的方法的可想到的实施方式中，磁共振断层成像设备的有源发送器产生信号。在此，将如下发送器或振荡器视为有源发送器：该发送器或振荡器不仅反射入射的高频或者将其作为高频电流临时存储在谐振电路中或者临时存储在激励的量子态中并且然后进行发送，而且还根据从能量源经由电导体馈送的电流产生高频信号。该信号是不会过控制接收器的小信号。测试控制器在一个步骤中控制发送器以改变功率。例如，测试控制器可以在接收第一接收信号与接收第二接收信号之间增大或减小发送器中的增益。还可以想到，测试控制器改变发送器的输入信号的幅度。

通过测试控制器可以以预定的方式改变信号，从而可以以有利的方式设置幅度，在该幅度下可以以不同的方式，例如通过非线性或预定的衰减或能量吸收，察觉到失谐装置以及其正确的功能。

在根据本发明的方法的可能的实施方式中，发送器是无源信号源，例如是谐振器或具有核自旋的对象，其被磁共振断层成像设备的高频激励信号暂时激励以发射交变磁场，然后通过衰减以预定的方式随时间呈指数下降。以这种方式，在接收第一接收信号的步骤与接收第二接收信号的步骤之间产生随时间减小的高频信号或磁共振信号作为小信号。

以有利的方式，作为发送器的无源信号源不需要对磁共振断层成像设备进行任何改变或者仅需要进行最小的改变，并且尽管如此却仍然可以在期望的拉莫尔频率的频率范围内并且以适合于接收器的较小的幅度来提供测试信号。

附图说明

结合下面对结合附图详细阐述的实施例的描述更清楚且明晰地理解上面描述的本发明的特点、特征和优点以及其实现方式。

附图中：

图1示出了具有根据本发明的局部线圈的磁共振断层成像设备的示意图；

图2示出了根据本发明的磁共振断层成像设备的测试装置的示意图；

图3示出了示例性的根据本发明的方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1示出了具有根据本发明的局部线圈50的磁共振断层成像设备1的实施方式的示意图。

磁体单元10具有场磁体11，场磁体11产生用于将记录区域中的样本或者患者100的核自旋对齐的静磁场B0。记录区域的特征在于极其均匀的静磁场B0，其中均匀性特别是涉及磁场强度或磁场强度的量。记录区域几乎是球形的并且布置在患者通道16中，该患者通道在纵向方向2上延伸穿过磁体单元10。患者卧榻30可以由移动单元36在患者通道16中移动。场磁体11通常是超导磁体，其可以提供具有高达3T、对于最新的设备甚至更高的磁通密度的磁场。然而，对于较小的场强还可以使用具有正常导电的线圈的永磁体或电磁体。

此外，磁体单元10具有梯度线圈12，其被设计为，为了在空间上区分检查体积中的所采集的成像区域，为磁场B0在三个空间方向上叠加可变磁场。梯度线圈12通常是由正常导电的电线构成的线圈，其可以在检查体积中产生相互正交的场。

磁体单元10同样具有身体线圈14，身体线圈14被设计为，将经由信号导线馈送的高频信号入射到检查体积中，并且接收由患者100发射的共振信号，并且经由信号导线输出。

控制单元20向磁体单元10提供用于梯度线圈12和身体线圈14的不同的信号，并对接收到的信号进行分析。

因此，控制单元20具有梯度控制器21，该梯度控制器21被设计为，经由馈送线向梯度线圈12提供可变电流，可变电流以时间协调的方式在检查体积中提供期望的梯度场。

此外，控制单元20具有高频单元22，其被设计为，产生具有预先给定的时间走向、幅度和频谱功率分布的高频脉冲，以激励患者100中的核自旋磁共振。在此，可以在千瓦的范围内实现脉冲功率。激励脉冲可以通过身体线圈14或通过局部发送天线入射到患者100中。

控制器23经由信号总线25与梯度控制器21和高频单元22进行通信。

在患者100上布置局部线圈50，局部线圈50经由连接线33与高频单元22以及其接收器65连接。

例如，当用于将局部线圈50失谐的失谐装置发生故障并且在激励脉冲期间在局部线圈中感应出过高的电压和/或电流时，由于直接靠近患者而由故障的局部线圈50造成特别的危险。由于长期的移动、插接和拆开连接，局部线圈50特别容易发生故障。因此，有利的是，至少在每次图像采集之前，利用磁共振断层成像设备以设置用于图像采集的配置在局部线圈50的基本功能方面对其进行测试。

在图2中示意性示出了在不同的实施方式中对于根据本发明的方法重要的测试装置的元件。

局部线圈50具有失谐装置51，以防止在局部线圈50的天线线圈中在用于核自旋的激励脉冲期间由于感应而有过大的电流流过和/或感应出过大的电压，过大的电流和/或电压可能会损坏局部线圈并且特别是可能会由于电压或者发热而危及患者。优选地，失谐装置50为此具有无源失谐器53和有源失谐器52。

无源失谐器例如通过反并联连接的两个二极管实现，使得在感应的交流电压超过二极管的阈值电压的情况下，所述二极管变为导通，并且附加的LC元件串联接入天线线圈，由此改变了谐振频率并限制了感应电压。

有源失谐器52通过PIN二极管实现，控制器可以对PIN二极管施加截止电压和/或正向电流，从而可以通过改变的结电容或通过结合串联连接或者并联连接的电容和/或电感的开关作用进行失谐。

在此，还可以想到失谐装置51的其他电路和元件组合。例如，还可以在没有共同路径或组件的情况下单独实施有源失谐器52和无源失谐器53。特别地，根据本发明的方法和根据本发明的磁共振断层成像设备的任务是，能够检查尽可能多的部件或所有部件的功能。

在图3中，在流程图中示意性示出了根据本发明的方法。

关于根据本发明的方法规定，在步骤S10中通过测试控制器激活天线线圈、例如局部线圈50的失谐装置。在此，测试控制器可以是磁共振断层成像设备1的控制器23，其通过相应的程序或程序模块实现。然而，也可以想到专用的处理器或逻辑电路，如FPGA。在激活的情况下，对有源失谐器52进行控制，使得与有源失谐器52电连接的局部线圈50或者例如身体线圈在激活状态中不再在对于接收情况最佳的频率下具有谐振。通常，最佳频率是在磁共振断层成像设备1的静磁场B0中的待检查的核自旋的拉莫尔频率。在根据本发明的方法的不同的实施方式中，有源失谐器52的激活可以在不同的时间点进行并且不是仅如图3所示在开始进行。

对于根据本发明的方法的不同的实施方式共同点在于，在步骤S20和步骤S50中在两个不同的时间点，利用接收器S50接收第二接收信号。例如，如果在步骤S20与S50之间进行了该方法的另外的步骤，或者至少接收到的信号由于步骤S20与S50之间的物理情况、例如由于衰减或者减小的激励而发生变化，则可以将其视为不同的时间点。因此，步骤S20和S50的两个时间相差了例如大于1ms、5ms、10ms、50ms或100ms。

在步骤S60中，测试控制器将第一接收信号与第二接收信号进行比较。例如，可以将对两个接收信号的幅度或幅度平方求差值视为比较。还可以想到求相位差值或者在多个或许多个频率上对能量分布进行频谱分析。对此应用的函数、如求对数也可以是比较的一部分。

最后，在步骤S70中，如果比较的结果与第一接收信号与第二接收信号的预定关系不一致，则输出警告信号。下面给出信号和期望的预定关系的各个示例。警告信号可以通过输出端输出给操作者，或者也可以直接输出给控制单元20，从而这例如会中断进一步的图像采集，以便不会由于故障的失谐装置51而危及患者100。

在根据本发明的方法的实施方式中规定，在步骤S30中由测试控制器将失谐装置禁用。在有源失谐器52激活的情况下接收两个接收信号中的一个，而在有源失谐器52禁用的情况下接收另外的接收信号。步骤S10例如可以在步骤S20之前进行，并且步骤S30可以在步骤S20与步骤S50之间进行。在此规定，磁共振断层成像设备1在步骤S20和S50期间不发送有效信号，换言之，不利用输入信号控制高频单元22和/或测试发送器60。因此，接收信号例如通过发送器的输出级的噪声信号来表征。因此，在比较的步骤S60中，将第一接收信号的噪声电平与第二接收信号的噪声电平进行比较。通过有源失谐器52例如可以想到，由接收器65接收的接收信号的电平和能量以特征性的方式发生改变。这可能由天线或局部线圈50的改变的谐振频率关联或者引起。因此，还可以想到，对于比较例如借助FFT来考察噪声信号的频谱分布的改变，噪声信号的频谱分布通过将噪声源的频谱与天线的谐振频率卷积而产生，其又被有源失谐器改变。以有利的方式，噪声信号在幅度上是小的，使得不会出现无源失谐器53，因此可以仅仅检查有源失谐器52的功能。

然而，在根据本发明的方法的实施方式中还可以想到，在接收步骤S20、S50期间，磁共振断层成像设备的发送器发送小信号，该小信号被设计为不会过控制接收器。

一方面，发送器可以是磁共振断层成像设备用来在图像采集中产生用于核自旋的激励脉冲的发送器。然而，通常将发送器设计为，以高效率产生在几百瓦至几千瓦的范围内的极强的高频脉冲。为了产生不过控制接收器65的小信号，磁共振断层成像设备可以具有线性输出级并且在信号产生器与线性输出级之间具有可通断的衰减装置，在接收步骤S20、S50期间，该衰减装置足以衰减线性输出级的输入信号，以在线性输出级的输出端产生相应的小信号。原则上还可以想到，将传统的功率输出级的输出信号衰减，但是其中必须将作为衰减元件的功率损耗的高功率导出。

所产生的小信号例如可以通过作为发送天线的身体线圈14发射到具有局部线圈50作为接收天线的患者通道16中。

然而还可以想到单独的测试发送器60作为根据本发明的磁共振断层成像设备1的一部分，其在由测试控制器进行控制的情况下产生小信号并且通过发送天线70将其发射到具有局部线圈50的患者通道16中。

在根据本发明的方法中，通过在步骤S20和步骤S50之间改变功率和/或频谱，在比较第一接收信号和第二接收信号时，主动产生小信号提供了更大的自由度。例如，可以在步骤S20和S50之间改变小信号的功率，使得无源失谐器53已经在较大的功率下介入并且限制了接收信号的电平。无源失谐器53的功能可以根据该限制或三个或更多个测量值的非线性进行检查。

还可以想到，在步骤之间改变小信号的频谱分布，以便检查有源失谐器52和/或无源失谐器53的功能。在此可以想到，检查失谐装置51的所有功能的、不同小信号的不同的组合以及有源失谐器的设置。

还可以想到，即使在激励后也将核自旋用作小信号源。例如，使用来自先前图像采集序列的测量值，以在强度及其时间走向方面估计预期的磁共振信号。在已知的自旋密度和激励信号的情况下，可以想到对预期的磁共振信号的布洛赫仿真(Bloch-Simulation)。在此，典型的走向是磁共振信号的指数下降。已经描述的步骤、特别是对有源失谐器53的检查同样可以由具有已知时间走向的小信号来实施，相比于无源失谐器，对有源失谐器53的检查不要求用于响应失谐的小信号的最小幅度。

在此，还可以通过模体来提供核自旋。对于较小的信号强度，还可以想到将患者用作磁共振信号的源。但是，还可以想到如振荡电路或偶极子的无源谐振器，其被高频单元22的激励脉冲激励并且具有由振荡电路或偶极子的品质预定的指数的信号下降。

虽然在细节上通过优选的实施例对本发明进行了详细的阐述和描述，但是本发明却不限于所公开的示例并且本领域技术人员可以从中导出其它变形方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于检查磁共振断层成像设备(1)的天线线圈的失谐装置(51)的方法，其中所述方法具有以下步骤：

(S10)激活所述天线线圈的失谐装置(51)；

(S20)利用接收器(65)接收第一接收信号；

(S50)利用所述接收器(65)接收第二接收信号；

(S60)通过测试控制器将所述第一接收信号与所述第二接收信号进行比较；

(S70)如果比较的结果与所述第一接收信号与所述第二接收信号的预定关系不一致，则输出警告信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法具有禁用所述失谐装置(51)的步骤(S30)，其中，在失谐装置(51)关断的情况下进行接收所述第二接收信号的步骤(S50)，并且在比较步骤(S60)中，将所述第一接收信号的噪声电平与所述第二接收信号的噪声电平进行比较。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述磁共振断层成像设备的发送器在接收步骤(S20，S50)期间发送小信号，所述小信号被设计为，不过控制所述接收器(65)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述发送器被设置为，用于产生所述磁共振断层成像设备的激励脉冲，并且在信号产生器与功率输出级之间具有可通断的衰减装置，所述衰减装置被设计为，在接收步骤(S20，S50)期间将所述功率输出级的输入信号衰减，使得所述发送器不过控制所述接收器(65)。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述发送器被设置为，用于产生磁共振断层成像设备(1)的激励脉冲，并且在接收步骤(S20，S50)期间，不向功率输出级馈送输入信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在接收步骤(S20，S50)期间，信号源布置在患者通道(16)中并且发送信号，其中在接收第一接收信号的步骤(S20)与接收第二接收信号之间，信号的功率改变了预定的大小。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述磁共振断层成像设备(1)的发送器作为信号源产生信号，并且所述信号是不会过控制所述接收器(65)的小信号，并且测试控制器在步骤(S40)中控制发送器以改变功率。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述信号源是无源信号源，其被所述磁共振断层成像设备(1)激励以发送小信号，其中，在接收所述第一接收信号的步骤(S20)与接收所述第二接收信号的步骤(S50)之间，由信号源发射的小信号的幅度以预定的方式随时间下降。

9.一种磁共振断层成像设备，其具有用于测试所述磁共振断层成像设备(1)的天线线圈的失谐装置(51)的测试装置，其中，所述测试装置具有测试控制器，并且所述测试控制器被设计为，用于激活所述天线线圈的失谐装置(51)；

利用接收器(65)接收第一接收信号；

利用所述接收器(65)接收第二接收信号；

将所述第一接收信号与所述第二接收信号进行比较，并且如果比较的结果与所述第一接收信号与所述第二接收信号的预定关系不一致，则输出警告信号。

10.根据权利要求9所述的磁共振断层成像设备，其中，所述磁共振断层成像设备(1)具有用于产生激励脉冲的发送器，所述发送器具有可通断的衰减装置，并且所述测试控制器被设计为，在接收所述第一接收信号和/或第二接收信号的步骤(S20，S50)期间，借助所述发送器和所述衰减装置来发送小信号，所述小信号被设计为不会过控制所述接收器(65)。

11.根据权利要求9所述的磁共振断层成像设备，其中，所述磁共振断层成像设备(1)具有有源信号源，所述有源信号源在接收的步骤(S20，S50)期间布置在患者通道(16)中并且发送信号，其中所述测试控制器被设计为，在接收第一接收信号的步骤(S20)与接收第二接收信号的步骤(S50)之间将信号的功率改变了预定的大小。

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