JP2004513735A - 三次元立案標的容積 - Google Patents
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Abstract
Description
発明の背景
本発明は、医学的な画像化技術に関する。本発明は、コンピュータ連動断層撮影(CT)と協働する特別の応用を発見し、特異的な参照文献を伴い記述されるだろう。しかしながら、さらに、本発明は、例えば、磁気共鳴画像(MRI)、単一の光子放射コンピュータ連動断層撮影(SPECT)、陽電子射出断層撮影法(PET)、X線透視などの適用及び画像化理学療法のように他の適用においても受け入れ可能であることが認識される。
【0002】
医学的な画像化の様々な理学療法及び種類は、病理学的な診断、及び治療処置及び外科の立案において有用である。特に、医学的な画像化の従来の理学療法(例えば、CT、MRI、SPECT、PET、X線透視など)は、診断条件及び治療計画のために、患者の解剖学的構造の非侵入性の視覚化の利益を医学の専門家に与える。
【0003】
腫瘍学的な応用において、例えば、医学的な画像化は、癌の腫瘍を可視し、認識及び位置付けするために頻繁に使用される。一旦識別されて位置が確認されると、医学専門家は、医学画像からの案内で腫瘍を治療上若しくは外科的に処置する。例えば、放射線治療は、腫瘍か癌の組織に標的とされた放射線の適切な投与をもたらすことにより、腫瘍の削除を含んでいる。目的は、放射線の受取りを最小限にし、及び/若しくは周辺組織への放射線による損傷を最小限にする一方で、癌若しくは腫瘍組織の完全な削除である。
【0004】
高精度の画像に案内される放射線療法システムは、望ましい容積か断面積に必要な放射線量をもたらすために発展した。線形加速器上のマルチリーフコリメーター(例えば、80乃至100リーフのコリメーター)の導入は、伝達容積若しくは断面積が高度に空間的に分解されることを可能にする。すなわち、治療計画において、放射線伝達エリア若しくは容積は、削除してしまう癌腫瘍の大きさ及び形状に緊密に一致してなされる。
【0005】
放射線伝達での正確さの見地から有益である一方、高精度の放射線療法システムは、放射線治療を案内するために使用される医学的な画像化システム及び技術における制限を露呈した。例えば、診断及び治療立案において関心の病理を正確に視覚化し確認し、また位置を確認するために、一般的には、周辺組織を含有する領域の高い空間的な解像の画像は高速度で獲得される。頻繁に、この画像化は、治療若しくは処置の投薬に先だって実行される。獲得された画像は、例えば、画像が獲得される時の特定の瞬間における患者の組織の“スチル写真”を一般的に表現する。
【0006】
不運にも、処置時において(画像化の時間に対立するのもとして)、例えば、抹殺されるべき腫瘍は周辺組織若しくは他の基準点まで広がるかもしれない。さらに、治療若しくは処置の投薬は一般的には同時に行なわれない。すなわち、標的とされる放射線の伝達は、例えば、持続する。処置若しくは伝達時間は、5乃至30分であり得る。この時間の間に、癌の腫瘍は、例えば、呼吸、心臓機能などの自然の生物的機能若しくは周期により、周辺組織若しくは他の基準点まで移動するかもしれない。腫瘍が動き回るので、その部分は放射線が伝達される標的とされたエリア若しくは容積に入ったり出たりするだろう。したがって、腫瘍の部分は、放射線の計画された投与量未満を受け取り、それによって腫瘍の完全な削除を狼狽させる。加えて、周辺組織は生物学的機能によって標的エリア若しくは容積に引かれ、押され、さもなくば移動されて、望ましくなく照射されるか及び/若しくは画像化される。
【0007】
本発明は、前述に言及された問題等を克服する、新規で改良された立案標的容積(PTV)及び関連の技術を計画する。
【0008】
本発明の概要
本発明の一つの態様と一致して、医学的な画像化の方法が提供される。方法は、第一の一時的分解で患者の関心のある領域の第一の医学的画像の獲得、及び第二の一時的分解で関心のある領域の第二の医学的画像の獲得を含む。第二の一時的分解は、第一の一時的分解よりも低い。本方法はまた、第一及び第二の医学的画像の共通の基準点が一致するように第一及び第二の医学的画像のお互いの登録を含む。最後に、第一及び第二の医学的画像は互いに重ねられる。
【0009】
本発明の他の態様と一致して、医学的な画像化装置は、二つの異なる一時的な分解で、患者の関心のある領域の画像表現を生成するメディカルイメージャーを含んでいる。登録は、それぞれに異なる第一及び第二の一時的分解でのメディカルイメージャーから得られる関心のある同一領域の第一及び第二画像表現をお互いに整列することを意味する。組み合わせは、整列された第一及び第二画像表現を、次ぎにお互いに重ね合わせることを意味する。
【0010】
本発明の一つの利点は、通常の生物学的機能により経験される標的組織若しくは腫瘍、移動の幅若しくは膜を視覚化できることである。
【0011】
本発明の別の利点は、標的組織の塊若しくは腫瘍の大きさ及び/若しくは形状を正確に厳密に可視化できることである。
【0012】
本発明のまた別の利点は、従来の発展型システム及び/若しくは技術と比較して比較的改良されて融通的な処置計画である。
【0013】
本発明のさらなる利点は、下記に続く好ましい実施態様の詳細な記載の読み込みと理解によって当業者に明らかとなるであろう。
【0014】
本発明は、様々な構成部分の形状及び構成部分の配置、並びに様々な段階及び段階のアレンジメントをとる。添付図は好ましい実施態様を例証する目的のみであって、本発明を制限するように構成されない。
【0015】
好ましい実施態様の詳細な記載
図1を参照するに、典型的な医学的な画像化及び処置計画システムAは、CTスキャナー、MRIスキャナー、SPECT及び/若しくはPETスキャナー、蛍光透視鏡などの医学的な画像化装置若しくはメディカルイメージャー10を含んでいる。当該技術で周知のように、メディカルイメージャー10は、そこに位置している患者の関心のある領域の医学的な画像若しくは画像表現を非侵襲性的に獲得するために好ましく使用される。任意に、それらは、三次元(3D)画像若しくは画像表現、二次元(2D)断面積切片、表面演出などである。メディカルイメージャー10は、好ましくは、生データを獲得するための患者を走査する画像化装置12、及び生データからの関心ある領域の画像若しくは画像再構成を再構成するために既知の再構成アルゴリズムを実行若しくは実施する、再構成プロセッサー14を含んでいる。画像化理学療法に依存して、再構成はフーリエ変換、回旋、背景映写及び/若しくは同様の再構成プロセスを含んでいる。
【0016】
好ましい実施態様において、メディカルイメージャー10は、異なる一時的な分解で画像を選択的に生成する。例えば、比較的早い走査は、より高い一時的な分解で画像を生成し、一方で比較的遅い走査は、より低い一時的な分解で画像を生成する。交互に、個別のメディカルイメージャー10は、高い一時的な分解で関心のある領域の画像、及び比較的低い一時的な分解で関心のある同一の領域の画像をそれぞれ獲得するために採用される。
【0017】
いずれの場合においても、関心のある同一領域の少なくとも二つの医学的画像が獲得され、一つは比較的より高い一時的な分解(例えば、図2を参照)であり、もう一方は比較的より低い一時的な分解(例えば、図3を参照)である。画像が獲得されるオーダー若しくは手法に関係なく、ここでの画像及び一時的な分解を識別する目的において、より高い一時的な分解に対応する一つの画像は第一画像100及び第一の一時的分解と呼ばれ、より低い一時的な分解に対応するもう一つの画像は第二画像200及び第二の一時的分解と呼ばれる。各第一及び第二画像は、好ましくは、例えばピクセルデータ若しくはボクセルデータである、画像データのアレイ若しくはマトリックスとして、メモリ16a及び16bにそれぞれロードされる。交互に、画像は個別の装置(図1に示されているような)に記憶されるか、若しくは別個の位置の共通の装置に記憶される。さらに、データ記憶の代替手段は採用されるかもしれない。例えば、画像データは磁気的、光学的若しくは他の手段で記憶されるかもしれない。
【0018】
第一の画像100に関して、好ましくは、第一の一時的な分解は、再構成される画像が実質上瞬時に関心ある領域を表現するように充分高い。すなわち、第一画像100は、そこでの解剖学的な移動に関係なく、関心のある領域の“スチル画像”若しくは“フリーズフレーム”を表現するかもしれない、一時的な分解で獲得される。第一画像100が獲得される一時的な分解は、関心ある領域の組織(例えば腫瘍)の望ましい若しくは選択される塊は、例えば、呼吸、心臓機能などの通常の生物学的機能で引き起こされる移動からのぼかしを伴わずに、正確で精密に可視化できるように、充分に高くするべきである。図2において、組織の塊の画像は参照番号102で標識されている。
【0019】
例えば、第一画像100が関心ある領域の癌腫瘍の正確な大きさと形状を精密に視覚化することは望ましいかもしれない。しかしながら、画像100の獲得及び/若しくは生成中の癌腫瘍の移動のある量が与えられて、第一の一時的な分解が十分に高くない場合、癌腫瘍102の画像は、様々な異なる位置に存在する一方で画像データが腫瘍を表現するという事実によりぼかされるかもしれない。したがって、腫瘍の外観(つまり、大きさ及び形状)を正確に決定する能力は、それによって消去される。
【0020】
第一の一時的な分解は、考慮中の組織の塊の移動の率に比較してデータを急速に得ることにより任意に達成される。任意に、第一画像100が獲得され、一方で、不快な生物学の作用は瞬間的に保留される。例えば、呼吸が望ましくないぼかしを引き起こす場合に、患者が息を止めている間に、第一画像100は獲得される。
【0021】
当該技術で周知のように、交互に、適切なゲーティング技術は、不快な生物学的機能若しくは動きが周期的である場合に、第一の一時的な分解を獲得するために使用されるかもしれない。例えば、予期される応用において、ゲーティングは、再構成が完結するための充分なデータが獲得されるまでの連続する周期の各シリーズの同一ポイントで画像化装置12によってデータの獲得を引き起こすために使用された。この手法において、データは、例えば、心臓周期若しくは呼吸周期の選択された期間に対応する、各周期での同一の相対的な時間にて繰り返し捕獲される。遡及的な応用において、データは、複数の周期の間に画像化装置12によって連続的に獲得され、ゲーティングはタグに使用され、サンプリング・ウィンドウの位置を決め、若しくは各周期での同一の相対的な時間で獲得されるデータに対応するデータを認識する。次いで、再構成は、このタグ、サンプリングされたか若しくは識別されたデータを用いて実行される。
【0022】
第二の一時的な分解で、第二画像200は獲得される。第一の一時的な分解に対して、第二の一時的な分解は低く、好ましくは考慮中の組織の塊の移動で引き起こされるぼかしを捕獲するために充分に低い。移動が自然の周期である場合(例えば、呼吸、心臓機能などの自然な生物学的機能による結果となるような)、画像化装置12により獲得のデータは、好ましくは、周期の期間と実質的に等しいか若しくは長い期間において実行される。この手法において、第二画像200は、組織の塊(例えば、腫瘍)における移動若しくは動きの幅若しくは膜を視覚化する。すなわち、画像200の獲得及び/若しくは生成中の癌腫瘍の移動のある量が与えられて、第二の一時的な分解が十分に低い場合、腫瘍の画像は、様々な異なる位置に存在する一方で画像データが腫瘍を表現するという事実によりぼかされるかもしれない。したがって、腫瘍若しくは組織の塊のぼかされた画像202は、任意の与えられた瞬間において最も見られる腫瘍若しくは組織の塊の内側の膜を表現する。換言すると、ぼかされた画像202は、組織の塊が実質的に制限される動きの幅を表現する。
【0023】
一つの好ましい実施態様において、考慮中の組織の塊が移動を経験している一方で、データのセットは、画像化装置12によって連続的に獲得される。データのこの同じセットは、次いで、第一及び第二画像の両者を再構成するために使用される。獲得されたデータセットの遡及的ゲーティングを介して、第一画像100は高い一時的な分解で生成され、低い一時的な分解の第二画像200はデータの完全なセットを再構成することによって生成される。代替となる実施態様において、第二の低い一時的な分解画像200は、様々な時間、つまり、考慮中の組織の塊は複数の異なる位置である場合に獲得される複数の高い一時的な分解画像を共に平均化若しくは組み合わせることによって達成される。
【0024】
いずれの場合においても、第一及び第二画像は、マーキングエンジン若しくはマーキングプロセッサー20によって選択的にマークされる。好ましくは、マーキングプロセッサー20は、選択された解剖学的な特質若しくは他の画像の詳細の視覚化を増強するために画像を着色若しくはマークする。好ましい実施態様において、第一画像100で考慮中の視覚化された組織の塊は第一の色で着色され、第二画像200での移動の視覚化された膜若しくは幅は、第一段階よりも異なる第二の色で着色される。代替として、マーキングプロセッサー20は、マークされる解剖学的特質若しくは画像の詳細のオペレーターの選択に対応する画像を自動的にマークするか、若しくはマーキングプロセッサー20はオペレーターによって画像を手動でマーキングする。
【0025】
好ましい実施態様において、マークされた第一及び第二画像は、適切なマーキング若しくはカラーリングを伴う画像データのアレイ若しくはマトリックスとして、マーキングプロセッサー20からメモリ22a及び22bにそれぞれロードされる。再度、画像は個別の装置(図1に示されるような)、若しくは異なる位置の共通の装置に記憶されるかもしれないし、またデータ記憶の代替手段が採用されるかもしれない。例えば、画像データは磁気的、光学的、さもなくば別の手段で記憶される。任意に、マークされた画像はメモリ16a及び16bに戻る。
【0026】
第一及び第二画像は、第一及び第二画像での共通の基準点が一致するように、画像アライメントプロセッサー30によってお互いに配列されるか若しくは登録される。すなわち、アライメントプロセッサー30は、両画像での共通の基準点の登録を獲得するために画像の相対的な置き換え及び/若しくは回転を実行する。基準点は、第1の画像から第2の画像まで互いに関しての移動か相対的な移動をほとんど経験しない、むしろ、容易に同一化可能な相当に定義された解剖学的な目標である。例えば、基準点は、考慮中の組織の塊によって経験する実質的に静止して見える移動か、若しくは相対的な移動である骨の先端であるかもしれない。任意に、画像の中で視覚化できる基準若しくは他の同様の人工目標が画像化の間に適用され、配列目的のために基準点として使用される。
【0027】
好ましい実施態様において、アライメントプロセッサー30は、各画像での基準点のオペレーターの選択に対応して自動的に画像を登録する。代替として、アライメントプロセッサー30は、オペレーターにより手動での画像の登録を可能にする。いずれの場合においても、画像がマーク(図1に示されるように)された後か若しくはマーキングに先だって配列は発生する。
【0028】
画像コンバイナー40は、配列された第一及び第二の医学的な画像をお互いに重ね合わせる(例えば、図4を参照)。好ましい実施態様において、組み合わせは、ピクセル−バイ−ピクセル若しくはボクセル−バイ−ボクセルを基にした画像データの任意の計量された追加及び/若しくは差し引きを含んでいる。代替として、当該技術で周知である、他の画像の組み合わせ及び/若しくは折り重ね技術及びアルゴリズムは、画像コンバイナー40によって採用されるかもしれない。この手法において、組み合わせられた若しくは折り重ねられた画像300は好ましくは、(i)考慮中の組織の塊の正確な大きさ及び形状(つまり、第一画像100からの);及び(ii)組織の塊が存在する組織の塊若しくは膜の移動の範囲(つまり、第二画像200からの)の両者を視覚化する。
【0029】
コンバイナー40からの組み合わせられた若しくは折り重ねられた画像300は、処理立案ワークステーション60によって選択的にアクセスされるかもしれない画像メモリ50(又は、電気的、磁気的、光学的、若しくは他の記憶装置)にロードされる。処理立案ワークステーション60は、好ましくはマイクロプロセッサー若しくはコンピューター62、一つ以上の入力装置64(例えば、コンピューターのキーボード、マウスなど)、及び表示装置若しくは、例えばモニター66である演出エンジンを含んでいる。任意に、画像メモリ50は、ワークステーション60に組み込まれる。同様にして、前述のいずれか若しくはすべてのメモリ16及び22、並びにプロセッサー14、20、30及び40は、任意にワークステーション60に組み込まれるかもしれない。代替として、それらが実行するプロセッサー及び/若しくは機能は、ハードウェアの形態、ソフトウェアの形態若しくは両者の組み合わせを介して実行される。一つの実施態様において、供されたプロセッサーが採用され、代替の実施態様ではマイクロプロセッサー若しくはコンピューター62は、それらのそれぞれの操作を実行する。
【0030】
いずれの場合においても、入力装置64を介して、オペレーター(例えば、腫瘍学者若しくは他の医学的な若しくは技術的な人物)は処理立案ワークステーション60及び/若しくはシステム全体Aを選択的に制御することができる。組み合わされた画像300のヒトを見ることができる描写(例えば、三次元表現、二次元断面、表面演出など)を提供するために、画像メモリ50の画像データはワークステーション60によってアクセスされ、モニター66に表示するために適切にフォーマット化される。好ましくは、第一画像100からの組織の塊と第二画像からの膜の両者は、任意に、異なる色の描写で視覚化され得る。
【0031】
好ましい実施態様において、ワークステーション60は、処置計画のためにセットアップされる。すなわち、組み合わされた画像300を用いて、放射線治療などの処置は、モニター66に表示されている結果を伴ってコンピューター62上でシミュレートされる。
【0032】
例えば、一つのシミュレーションにおいて、放射線の様々な投与量は、組み合わされた画像300での選択された領域にもたらされるために予定に組み込まれる。シミュレーションは、オペレーターに処置を計画することを可能にし、患者に実際に実行する以前にシミュレートした結果を検討することを可能にする。第一の投与は、組織の塊に対応する領域若しくは容積において予定に組み込まれるかもしれない。これは名目上高分解標的容積と名付けられる(HI−RES TV)。組織の塊若しくは腫瘍は高い一時的な分解で獲得されている第一画像100の結果として組み合わせられた画像300で正確に視覚化され、HI−RES TVは正確にそれに一致するためになされる。結果として、第一投与伝達は計画において正確にシミュレートされ、患者で正確に実行される。同様にして、第二の投与は、組織の塊若しくは腫瘍に対応する領域から差し引いた膜に対応する領域若しくは容積において予定に組み込まれるかもしれない。これは名目上立案標的容積と名付けられる(PTV)。膜はまた低い一時的な分解で獲得されている第二画像200の結果として組み合わせられた画像300で視覚化され、したがってPTVは正確にそれに一致するためになされる。結果として、第二投与伝達は計画において正確にシミュレートされ、患者で正確に実行される。
【0033】
この手法において、高い柔軟性及び正確さは、腫瘍の正確な大きさ及び形状が容易く観察可能で、またその移動の幅が容易に観察可能である、処理立案の程度で達成される。すなわち、異なる投与は、異なる領域で異なる望ましい結果を達成するために予定に組み込まれる。例えば、削除のための充分な第一投与は、腫瘍の動きに関係なく腫瘍が破壊されることを保証するために全体の膜において予定に組み込まれる。あるいは、第一投与はHI−RES TVを制限し、第二投与は危険から腫瘍周辺の組織を保護するためにPTVにおいて予定に組み込まれるかもしれない。多くの様々な投与予定がシミュレートされ、試験するために患者に適用され、特定の望ましい結果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の態様と一致する典型的な医学的な画像化及び処置計画システムの概略図である。
【図2】
組織の塊を示している図1の医学的な画像化及び処置計画システムの第一の一時的な分解で獲得される典型的な第一の画像の概略図である。
【図3】
図2で示される組織の塊の膜若しくは移動の範囲を示している図1の医学的な画像化及び処置計画システムの第二の一時的な分解で獲得される典型的な第二の画像の概略図である。
【図4】
図3の画像と重なる図2の画像を示している図1の医学的な画像化及び処置計画システムで獲得される典型的な組み合わせ画像の概略図である。
Claims (22)
- (a)患者の関心ある領域の第一の医学的画像を第一の一時的な分解において獲得することと;
(b)前記関心ある領域の第二の医学的画像を前記第一の一時的な分解よりも低い、第二の一時的な分解において獲得することと;及び
(c)前記第一及び第二の医学的な画像の共通の基準点が一致するようにお互いに前記第一及び第二の医学的な画像の登録、
からなる医学的な画像化の方法。 - 前記第一及び第二の医学的な画像をお互いに重ねることからさらになることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第一の一時的な分解は、実質上瞬間的な画像が達成されるようなものであることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記第二の一時的な分解は、前記第二の画像が前記患者の生物的周期における期間と実質的に等しいか若しくは該期間より大きい期間において獲得されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つに記載の方法。
- 前記生物的周期は、前記患者の呼吸周期及び前記患者の心臓周期から構成されるグループから選択される周期であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一つに記載の方法。
- 前記第二の一時的な分解は、前記第二画像が組織の選択された塊の移動の幅を視覚化するようであることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一つに記載の方法。
- 前記第一の一時的な分解は、前記第一画像が組織の前記選択された塊を視覚化することを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 第一の色で前記第一画像において視覚化された組織の前記選択された塊のカラーリングと;及び
前記第一の色とは異なる第二の色で前記第二画像において視覚化された移動の範囲のカラーリング、
からさらになることを特徴とする請求項7の方法。 - 前記重ねられた第一及び第二画像は組織の選択された塊の形状及び大きさ、並びに組織の前記選択された塊によって経験される移動の幅を視覚化することを特徴とする請求項1乃至8の何れか一つに記載の方法。
- 前記重ねられた第一及び第二画像に基づいて関心のある前記領域での標的とされた処理の立案するからさらになることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一つに記載の方法。
- 前記第一及び第二画像は三次元画像であることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一つに記載の方法。
- 二つの異なる一時的な分解において患者の関心ある領域の画像表現を生成するメディカルイメージャーと;及び
異なる第一及び第二の一時的な分解のそれぞれで前記メディカルイメージャーから獲得される関心のある同じ領域の第一及び第二画像表現をお互いにとうろくするための登録手段、
からなる医学的な装置。 - 配列された第一及び第二画像表現をお互いに重ねるための組み合わせ手段からさらになることを特徴とする請求項12に記載の医学的な画像化装置。
- 前記重ねられた第一及び第二画像表現をヒトを見ることができるフォーマットで演出でするための表示からさらになることを特徴とする請求項13に記載の医学的な画像化装置。
- 前記メディカルイメージャーは、CTスキャナー、MRIスキャナー、SPECTスキャナー、PETスキャナー及び蛍光透視鏡から構成されるグループから選択されることを特徴とする請求項12乃至14の何れか一つに記載の医学的な画像化装置。
- 前記重ねられた第一及び第二画像表現が関心ある前記領域での組織の選択された塊の形状及び大きさ、並びに組織の前記選択された塊によって経験される移動の幅を視覚化することを特徴とする請求項13乃至15の何れか一つに記載の医学的な画像化装置。
- 前記重ねられた第一及び第二画像表現で視覚化される前記選択される塊を第一の色で選択的に着色し、前記重ねられた第一及び第二画像表現で視覚化される前記移動の幅を前記第一の色とは異なる第二の色で選択的に着色するマーキングエンジンからさらになることを特徴とする請求項16に記載の医学的な画像化装置。
- コンピューターでシミュレートされた処置を実行するために前記重ねられた第一及び第二画像表現にアクセスする処理立案ワークステーションからさらになることを特徴とする請求項13乃至17の何れか一つに記載の医学的な画像化装置。
- 前記第一の一時的な分解は、実質上瞬間的な画像が達成されるようなものであることを特徴とする請求項13乃至17の何れか一つに記載の医学的な画像化装置。
- 前記第二の一時的な分解は、前記第二の画像表現が前記患者の生物的周期における期間と実質的に等しいか若しくは該期間より大きい期間において獲得されることを特徴とする請求項12乃至19の何れか一つに記載の医学的な画像化装置。
- 前記生物的周期は、前記患者の呼吸周期及び前記患者の心臓周期から構成されるグループから選択される周期であることを特徴とする請求項20に記載の医学的な画像化装置。
- 前記第二の一時的な分解は、前記第二画像表現が前記関心のある領域での組織の選択された塊の移動の幅を視覚化するようであることを特徴とする請求項12乃至21の何れか一つに記載の医学的な画像化装置。
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