JP2004085456A - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、低コスト化に適し、製造工程での作業性の優れ、特に薄型で、解像度に優れた放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供する。
【解決手段】放射線を光に変換するシンチレータ１１と複数の光電変換素子７が、例えばファイバープレート１０のような一枚の導光手段を挟みこむ構成の放射線撮像装置において、前記導光手段１０には、前記光電変換素子７のバンプ８及び外部引出し用配線の電極９１による出っ張りを吸収する穴１０ａが設けられている。ファイバープレート１０と光電変換素子７を近づけることができ、解像度の低下を防ぎ、薄型にすることができる。
【選択図】　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバープレート（ファイバーオプテックプレートともいう）を用いたＸ線診断医療分野、非破壊検査分野に好適な放射線撮像装置及び放射線撮像システム、特に解像度を損なうことなく大面積撮像エリアを可能とした放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線撮像装置、特に医療を目的とするＸ線撮像装置ではＸ線動画の撮像が可能で画像品位が優れ、且つ、薄型で大面積入力範囲を有するＸ線撮像装置が求められている。また医療用のみならず、産業用非破壊検査機等にも薄型で安価な大面積のＸ線撮像装置が求められている。
【０００３】
かかるＸ線撮像装置においてＸ線が直接光電変換素子に入射すると、読み出し時にノイズとなり、また光電変換素子内の半導体の結晶が破壊され特性が悪くなる場合がある。
【０００４】
そのため、Ｘ線を遮蔽するためファイバープレートが用いられる。ファイバープレートを用いれば撮像された光学像をぼかすことなくＸ線を遮蔽することが可能である。
【０００５】
このようなＸ線撮像装置としては、例えば、（１）ファイバープレートのファイバー繊維に傾斜を設け、ファイバープレートの端部が、接続した光電変換素子（撮像素子）の不活性部を避けるようにして大面積化した装置（例えば、米国特許第５，５６３，４１４号）、（２）ファイバープレートの厚みに段差をつけ、ファイバープレートの端部が、各光電変換素子（撮像素子）の不活性部を避けるようにして大面積化した装置（例えば、米国特許第５，８３４，７８２号）等がある。
【０００６】
図１１は、上記（１）のＸ線撮像装置の概略的断面図である。Ｘ線撮像装置は、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体等からなるシンチレータ１１と、シンチレータ１１によって変換された可視光を光電変換素子７側へ導く光ファイバー等のファイバープレート２１と、ファイバープレート２１によって導かれた可視光を電気信号に変換する光電変換素子７とを有する。
【０００７】
このＸ線撮像装置は、ファイバープレート２１を光電変換素子７に対して傾斜させており、ファイバープレート２１間には、各光電変換素子７からの電気信号を処理する処理回路等が設けられている。
【０００８】
図１２は、上記（２）のＸ線撮像装置の概略的斜視図である。なお、図１２において、図１１と同様の部分には、同一の符号を付している。図１２に示すように、ファイバープレート２１の長さを部分的に変えて、例えば３つの光電変換素子７を一組として各組毎に段差を設けることによって、各光電変換素子７に処理回路等を備えられるようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記（１）の構成は、光ファイバーの軸に対して斜めに交差する導光面（光入出射面）を有しており、それぞれのファイバープレート２１の光ファイバーの軸が互いに交差するように配置されている。この構成では、Ｘ線撮像装置の更なる小型化が困難である。
【００１０】
一方、上記（２）の構成は、Ｘ線撮像装置が更に大型化する。また、各段差部分と光電変換素子７との位置合わせ精度が厳しいため、製造工数が多くなり、且つ高精度な位置合わせ装置が必要になる。これらを鑑みると上記（２）の構成は現実的ではない。
【００１１】
このように、上記従来のＸ線撮像装置では、Ｘ線撮像装置の大型化、低コスト化、製造工程での作業性等の点で必ずしも十分なものではなかった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、放射線撮像装置の小型化、低コスト化に適し、製造工程での作業性の優れ、特に薄型で、解像度に優れた放射線撮像装置及び放射線撮像システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、放射線を光に変換するシンチレータと複数の光電変換素子が一枚の導光手段を挟みこむ構成の放射線撮像装置において、前記導光手段には、前記光電変換素子のバンプ及び外部引出し用配線の電極による出っ張りを吸収する穴が設けられている。
【００１４】
すなわち、一枚の大面積ファイバープレート上に複数の光電変換装置を隣接配置することで従来からの問題点を解決し、かつ、光電変換素子上の外部出力端子や外部出力端子と接合するためのバンプによる出っ張りを大面積ファイバープレートに設けた穴で前記出っ張りを吸収することでファイバープレートの光出射面と光電変換素子の受光部に近づけることが可能となりＸ線撮像装置の解像度を改善することができる。
【００１５】
また、ファイバープレートに溝状の穴が設けられていることで容易に凹形状を形成することができ安価で解像度に優れた放射線撮像装置を提供することができる。
【００１６】
したがって、穴又は溝を設けたファイバープレートを放射線撮像装置に用いることで、解像度が高く画像品位の優れた大面積、低コストの放射線撮像装置を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明によるファイバープレートの製造方法を示す図である。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示すように、シングルファイバーを製作する。シングルファイバーは、中心のコアガラス１０１とその周囲を被覆するクラッドガラス１０２及び吸収体ガラス１０３から形成されている。
【００１９】
コアガラス１０１＋クラッドガラス１０２＋吸収体ガラス１０３の複合体を、加熱装置のヒータ７１０に通し線引きローラ７２０で延伸することにより、複合体と断面が相似形のシングルファイバー１００が得られる。
【００２０】
次に図１（ｂ）に示すように、上記シングルファイバー１００を用いてマルチファイバーを製作する。シングルファイバー１００を長さ方向に揃えて、積層体２００を形成する。積層体２００は、ここでは断面が６角形となるように積層したが、マルチファイバーが隙間なく積層できれば他の形状でもよい。
【００２１】
シングルファイバー１００の場合と同様に加熱延伸しマルチファイバー３００を得る。
【００２２】
次にマルチファイバー３００を用いてファイバーインゴット４００を製作する。図１（ｃ）に示すように、マルチファイバー３００を加熱プレス装置の金型７３０内に積層し、高温プレスによりファイバーインゴット４００を完成させる。
【００２３】
図１（ｄ）に示すように、ファイバーインゴット４００は、まずインゴット外形にそってスライス装置のスライサーブレード７４０を用いて切断することにより、小型のファイバープレート５００を得る。
【００２４】
次に、図１（ｅ）で小型のファイバープレート５００同士を接着剤６００により接着する。
【００２５】
なお、接着剤６００の具体例としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられ、これらは単独または、２種類以上を組み合わせて使用される。また、添加剤としてＸ線遮蔽材料である鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、スズ、ガドリニウム、タングステン、鉛、金、ランタン等の少なくとも一種の材料または合金、または化合物が用いられる。
【００２６】
また、接着剤として、融点がファイバープレート材料より低くかつＸ線を遮蔽する、例えば鉛、ランタン、ガドリウム、ガドリニウム等の酸化物等の重金属を多く含む低融点ガラスや低融点金属の鉛、スズ、亜鉛、インジュウム、銀等の金属を２種類以上含む合金を用いてもよい。例えば半田やろうずけによる接着でもよい。
【００２７】
図１（ｆ）に示すように、両面研磨装置の回転砥石７５０にてファイバープレート５００同士を接着した際の厚みばらつきや段差、あるいは接着剤のはみ出しを研磨により取り去り、導光手段としての大面積のファイバープレート１０を完成させる。
【００２８】
最後に、ファイバープレート１０の出力面で光電変換素子７の接続部、すなわち、フレキシブル基板９の電極９１とバンプ８による出っ張り部分に合わせて穴１０ａを形成する。
【００２９】
図２は、本実施形態に用いた光電変換素子７とフレキシブル基板９を示す図である。光電変換素子７の電極端子７１からフレキシブル基板９へ配線し接続している様子を示す。７２は、光電変換素子７の画素、８は、バンプであり、９１、９２は、フレキシブル基板９のそれぞれ電極、絶縁層である。
【００３０】
図３は、ファイバープレート１０の出力面に形成された穴１０ａを示す図であり、図４は、穴１０ａが形成されたファイバープレート１０の全体を示す図である。
【００３１】
ファイバープレート１０の出力面で光電変換素子７の接続部、すなわち、フレキシブル基板９の電極９１とバンプ８による出っ張り部分に合わせて穴１０ａが形成されている。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように光電変換素子７の出っ張り部分は、バンプ８と電極９１の高さが４０μｍ、幅１２０μｍ、長さ２００μｍであるので、ファイバープレート１０の穴１０ａは、位置合わせマージンを含め、深さ５０μｍ、幅１６０μｍ、長さ２４０μｍで加工した。
【００３３】
加工の方法としては、ファイバープレート１０にステンレス鋼によるマスクをかぶせマスキングしたのち、ブラスト処理により穴を形成している。
【００３４】
今回は、ブラスト処理により加工したが、フッ酸等による化学的エッチングや超音波発振子と研磨粉による微細加工等の方法でもよい。
【００３５】
上述した製造方法で製作された大面積ファイバープレート１０を図４に示す。図４に示す大面積ファイバープレート１０は、例えば３０ｃｍ×３０ｃｍの大きさで厚みは３ｍｍ程度である。この大きさは構成するＸ線撮像装置の有効面積より少し大きい方が好ましい。
【００３６】
厚みはＸ線を十分に遮蔽する厚みが求められ、例えばランタン系のガラスを用いた場合、厚みが３ｍｍであれば、Ｘ線は１／１０から１／１０００に減衰する。この値は使用するＸ線の波長により変化するものであるから装置の使用するＸ線波長に合わせてファイバープレート１０の厚みを決めればよい。
【００３７】
この大面積のファイバープレートを図５、図６のように組み合わせ、Ｘ線撮像装置を構成する。
【００３８】
図５は、ファイバープレート１０を用いたＸ線撮像装置の基本的な構成を示す模式図である。７は、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ、バイポーラ型イメージセンサ、ＣＭＤ型イメージセンサ、薄膜トランジスタ型イメージセンサ等の集積回路チップで構成された光電変換素子であり、複数の光電変換素子が並べられた大面積の光電変換素子（撮像素子）が構成されている。
【００３９】
１０は、図４で示した大面積のファイバープレートであるが、ここでは、小型ファイバープレート５００同士のつなぎ部分を省略し、大面積のファイバープレート１０のみを示している。ファイバープレート１０の導光面は上下の主面（光入出射面）である。また、図４で示した、ファイバープレート１０に空けた穴１０ａや光電変換素子の電極の出っ張りは省略している。
【００４０】
また、１１は、放射線を可視光に変換するシンチレータであり、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ（Ｔｂ）のようなガドリニウム硫化酸化物、ＣｓＩ（ＴＩ）のようなヨウ化セシウムに代表されるハロゲン化アルカリ金属等の材料からなる層状部材である。
【００４１】
貼りあわされた大面積ファイバープレート１０の導光面積は、貼りあわされた大面積光電変換素子７の有効受光面積と同じか、それよりも大きなものとし、さらに、シンチレータ１１の有効面積は、貼り合わされた大面積ファイバープレート１０の導光面と同じか、それよりも大きくするとよい。
【００４２】
図５において、上方から放射線がシンチレータ１１の上面に入射すると、シンチレータ１１は、可視光域の光を発光する。シンチレータ１１と光電変換素子７との間に配されたファイバープレート１０が、この光を光電変換素子７の受光部に導く。受光部に入射した光はそこで画素毎に光電変換され電気信号として読み出される。
【００４３】
ここで、ファイバープレート１０は放射線が光電変換素子７へ入射することを防いでいるので、光電変換素子の誤動作、ノイズの生成を抑制することができる。
【００４４】
なお、本発明の撮像装置はＸ線撮像装置に好適に用いることができるが、特にそのようなＸ線に限定されるものではなく、α、β、γ線等の放射線像を検出する放射線撮像装置にも用いることができる。また、光は、画素により検出可能な波長領域の電磁波であり、可視光を含む。
【００４５】
図６は、Ｘ線撮像装置の具体的構成例の断面図である。図６（ａ）には、Ｘ線を光電変換素子７で可視光等の検地可能な波長の光に変換するシンチレータ１１と、シンチレータ１１によって変換された光を光電変換素子７側へ導く複数のファイバープレートを接着した大面積ファイバープレート１０と、光を電気信号に変換する光電変換用受光素子を備えた複数の光電変換素子７とを有する装置が示されている。
【００４６】
この装置において、大面積ファイバープレート１０には光電変換素子７の電極出っ張り部に対応した穴１０ａが設けられ、大面積ファイバープレート１０と複数の画素を備えた光電変換素子７とを接着する弾性に優れた透明接着剤２０と、各光電変換素子７からの電気信号を外部に出力するための配線を有するフレキシブル基板９と、フレキシブル基板９と光電変換素子７とを電気的に接続するバンプ８と、フレキシブル基板９が接続される駆動用プリント基板１５と、シンチレータ１１を保護するアルミ保護シート１６と、光電変換素子７を搭載するベース基板１４と、ベース基板１４を保持するための筐体１７と、筐体１７に取り付けられた筐体カバー１８とが備えられている。Ｘ線の透過率が高く、光に対する遮光性、機械特性に優れたＣＦＲＰ板１９が光電変換素子７及びシンチレータ１１を保護している。なお、シンチレータ１１上には、アルミ反射層１２、保護層１３が設けられる。
【００４７】
以下に加工方法を述べる。図６（ｂ）に示すように、光電変換素子７の電極９１に金バンプ８を形成するスタッドバンプでもめっきによる方法でもかまわない。次に、フレキシブル基板９で金めっきされた電極９１をバンプ８に位置合わせした後、熱と圧力によりバンプ８とフレキシブル基板９の電極９１とを接合する。さらに、フレキシブル基板９は、光電変換素子７の端部にて光電変換素子７の裏面方向に曲げられる。このときフレキシブル基板９の電極９１と光電変換素子７が電気的に短絡しないよう光電変換素子７の端部にはフレキシブル基板９の絶縁層９２が挟まるように位置合わせする必要がある。また、挟みこんだフレキシブル基板９の絶縁層９２が電極９１を引っ張り切断させないように先端をテーパー形状とし、かかる応力を低減している。
【００４８】
具体的には、フレキシブル基板９の絶縁層９２はポリイミドでエッチングにより先端形状をテーパー状にしている。
【００４９】
このフレキシブル基板９を曲げられて接続された光電変換素子７を、ベース板１４上にそれぞれ位置をアライメントされ接着される。ベース板１４にはフレキシブル基板９に対するスリット穴１４１が設けられており、フレキシブル基板９はベース板１４の裏面方向へ引き出される。
【００５０】
次に、貼り合わせによって大面積化した光電変換素子７とファイバープレート１０を接着する。予めファイバープレート１０には光電変換素子７の電極引きだしにより出っ張った部分を避けるために穴１０ａが設けられており、慎重にアライメント装置を用いてファイバープレート１０と光電変換素子７を貼り合わせる。
【００５１】
透明接着剤２０は、光電変換素子７とファイバープレート１０の熱膨張差のミスマッチングを補償するために弾性に優れたものを用いた。液晶パネルプロセスのように、周辺にシールを形成し透明接着剤２０を真空注入することにより光電変換素子７とファイバープレート１０との間に気泡が混入することを防止している。
【００５２】
その後、透明接着剤２０を加熱硬化させた撮像モジュールに、アルミに樹脂をラミネートしたアルミ保護層１６を接着し、筐体１７、筐体カバー１８、ＣＦＲＰ１９で迷光の進入、水分の浸入、外部応力から保護する目的で組立て放射線撮像装置を完成させている。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態のようにファイバープレート１０に穴１０ａを設け、光電変換素子７の電極接続による出っ張りを吸収することにより、ファイバープレート１０と光電変換素子７を近づけることができ、従来より問題となっていた解像度の低下を防ぎ、かつ、大面積の有効受光部と高い画像品位と、薄型で製造上の低コストを兼ね備えた放射線撮像装置を実現した。
【００５４】
なお、導光手段としてのファイバープレート１０について、ファイバープレート１０にレンズ群を加えることもできる。そして、ファイバープレート１０やレンズ群の材料としてＸ線遮蔽効果の高い鉛ガラスを含むようにすることもできる。
［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態におけるファイバープレート１０を示す図である。ファイバープレート１０に施すザグリ穴を溝状に構成したものであり、ダイシング装置、スライス装置や研磨装置といった加工装置にて比較的簡単に溝加工ができることが特徴である。７６０は、溝研磨ブレードである。
【００５５】
上記装置にて必要な幅のブレード、あるいは研磨板を選択し必要な深さに切り込み量を設定し加工する。溝１０ｂの深さを従来と同じに設定すれば、溝部にかかる部分のみ従来の解像度であり、その他の大部分の受光領域は解像度を向上することができる。
［第３の実施形態］
図８は、第３の実施形態を示す図である。図８（ａ）において、ファイバープレート１０に施す溝１０ｃが、ファイバープレート１０の端部に差し掛かるもので、図７と同様、ダイシング装置、スライス装置や研磨装置といった加工装置にて比較的簡単に溝加工ができることが特徴である。
【００５６】
また、図８（ｂ）はこのファイバープレート１０を用いてＸ線撮像装置を構成したものである。シンチレータ１１がＣｓＩ等の蒸着によるものである場合、ファイバープレート１０の外周部分はシンチレータ膜が薄くなり利用できる領域ではない。溝１０ｃを入れた領域がシンチレータ膜が薄い領域を吸収するので光電変換素子の受光領域を無駄なく利用できる利点がある。
【００５７】
以下に述べる放射線撮像システムの形態である非破壊検査システム又はＸ線診断システムは、上述した放射線撮像装置を用いたシステムである。
【００５８】
図９は、Ｘ線撮像装置を備えた非破壊検査システムの構成を示す概念図である。上述した実施形態のＸ線撮像装置１０００と、被写体２０００と、被写体２０００にＸ線を照射するマイクロフォーカスＸ線発生器３０００と、Ｘ線撮像装置から信号を処理する画像処理装置６０００と、画像処理された画像を表示するモニタ４０００と、これらを制御するコントローラ５０００を示している。
【００５９】
マイクロフォーカスＸ線発生器３０００により発生したＸ線を、非破壊検査したい被写体２０００に照射すると、被写体２０００内部の欠陥有無の情報がＸ線撮像装置１０００を通じて画像処理装置６０００に出力される。画像処理装置６０００では、出力信号を上述しているファイバープレート間つなぎ部で出力の低下した部分の補正を行い、必要に応じて暗信号補正等も施してモニタ４０００に画像を表示する。
【００６０】
モニタ４０００に表示されている画像は、コントローラ５０００によって例えば拡大縮小、濃淡の制御ができる。こうしてモニタ４０００に表示された画像を通じて被写体２０００の内部の欠陥を発見、不良品として製造工程から除外する。
【００６１】
図１０は、Ｘ線撮像装置を備えたＸ線診断システムの構成を示す概念図である。
【００６２】
図１０には、Ｘ線撮像装置１０００を備えたベッドと、被写体２０００にＸ線を照射するためのＸ線発生装置７０００と、Ｘ線撮像装置１０００から出力される画像信号の処理と、Ｘ線発生装置１０００からのＸ線照射時期等を制御するイメージプロセッサ８０００とイメージプロセッサ８０００によって処理された画像信号を表示するモニタ４０００を示している。なお、図１０において、図９で示した部分と同様の部分には同一符号を付している。
【００６３】
図１０に示すＸ線診断システムでは、Ｘ線発生装置７０００はイメージプロセッサ８０００からの指示に基づいてＸ線を発生させ、このＸ線をベッド上の被写体２０００に照射すると被写体２０００のレントゲン情報がＸ線撮像装置を通じてイメージプロセッサ８０００に出力される。イメージプロセッサ８０００では出力された信号を上述したファイバープレート間つなぎ部で出力の低下した部分の補正を行い、必要に応じて暗信号補正等も施してモニタ４０００に画像を表示する。
【００６４】
モニタ４０００に表示されている画像は、コントローラによって例えば拡大縮小、濃淡の制御ができる。こうしてモニタに表示された画像を通じて被写体の病変を医師等が診断する。また、医師が診察したあとの被写体２０００のレントゲン情報は、本システムの記録手段を設けて、ディスク状の記録媒体等に記録してもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の放射線撮像装置によれば、導光手段に、前記光電変換素子のバンプ及び外部引出し用配線の電極による出っ張りを吸収する穴、又は溝を設けることにより、ファイバープレートと光電変換素子を近づけることができ、解像度の低下を防ぎ、薄型にすることができる。小型化、低コスト化に適し、製造工程での作業性に優れている。
【００６６】
また、この放射線撮像装置を用いることで、小型化、低コストで解像度に優れた放射線撮像システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるファイバープレートの製造方法を示す図
【図２】第１の実施形態における光電変換素子とフレキシブル基板を示す図
【図３】ファイバープレートの出力面に形成された穴を示す図
【図４】穴が形成されたファイバープレートの全体を示す図
【図５】ファイバープレートを用いたＸ線撮像装置の基本的な構成を示す模式図
【図６】Ｘ線撮像装置の具体的構成例の断面図
【図７】第２の実施形態におけるファイバープレートを示す図
【図８】第３の実施形態を示す図
【図９】Ｘ線撮像装置を備えた非破壊検査システムの構成を示す概念図
【図１０】Ｘ線撮像装置を備えたＸ線診断システムの構成を示す概念図
【図１１】従来例（１）のＸ線撮像装置の概略的断面図
【図１２】従来例（２）のＸ線撮像装置の概略的斜視図
【符号の説明】
１００　シングルファイバー
２００　シングルファイバー積層体
３００　マルチファイバー
４００　ファイバーインゴット
５００　小型ファイバープレート
６００　ファイバープレート接着剤
７　光電変換素子
７１　光電変換素子の電極端子
７２　画素
８　バンプ
９　フレキシブル基板
９１　フレキシブル基板の電極
９２　フレキシブル基板の絶縁層
１０　大面積化したファイバープレート
１０ａ　ファイバープレートの穴
１０ｂ　ファイバープレートの溝
１０ｃ　ファイバープレート端部の溝
１１　シンチレータ
１４　ベース板
１５　駆動用プリント基板
７６０　溝研磨ブレード

Claims (7)

1. 放射線を光に変換するシンチレータと複数の光電変換素子が一枚の導光手段を挟みこむ構成の放射線撮像装置において、前記導光手段には、前記光電変換素子のバンプ及び外部引出し用配線の電極による出っ張りを吸収する穴が設けられていることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記導光手段に穴の代わりに溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記導光手段の端部に溝が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記導光手段はファイバープレートであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射線撮像装置。
5. 前記導光手段はファイバープレートとレンズ群であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射線撮像装置。
6. 前記導光手段の材料に鉛ガラスを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の放射線撮像装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の放射線撮像装置と、前記放射線撮像装置からの信号を処理するための信号処理手段と、前記信号処理手段からの信号を記録するための記録手段と、前記信号処理手段からの信号を表示するための表示手段と、前記放射線を発生させるための放射線源とを具備することを特徴とする放射線撮像システム。

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