JP2007098124A - 接触検知式アレイを用いた位置照準の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多種多様な撮像システム向けの信頼性が高い位置決め方法を提供する。
【解決手段】位置照準システム（１００）は、対象物（９０）を基準としてある方向に移動する操作可能デバイス（１０）を含む。位置照準システム（１００）はさらに、その上のある位置において刺激（５４）を検出し、対象物（９０）を基準としかつ操作可能デバイス（１０）の移動方向に対応して配置させるセンサ（５０）を含む。刺激（５４）に応答して、操作可能デバイス（１０）の基準点（１２）と該センサ（５０）上の位置を、対象物（９０）を基準とした操作可能デバイス（１０）の移動によって互いに整列させている。操作可能デバイス（１０）は、ベース（３０）を基準として操作を実行するように構成させ、操作可能デバイス（１０）とベース（３０）が互いを基準として移動するように構成させることがある。
【選択図】図２

Description

本発明は、全般的には位置決めシステムに関し、また具体的には照準位置決めシステム及びその使用方法に関する。

磁気共鳴（ＭＲ）の作業フローにおいてある検査を規定する際に、その最初の工程のうちの１つは、撮像しようとする解剖領域を解剖学的ユニット上の既知のまたは所望の位置にずれ調整することである。解剖学的ユニット上のこの位置は、テーブルまたはプラットフォームによる移動を介してＭＲ撮像デバイスのマグネットのアイソセンタと整列状態にさせている。撮像デバイスの位置決めが済むと、撮像検査が開始される。所望の撮像位置を選択するこの過程のことを、照準付け（ｌａｎｄｍａｒｋｉｎｇ）と呼んでいる。

用途の幾つかでは、撮像対象上に十字線を投射するレーザーまたはハロゲン整列用ライトを使用することが不可欠である。この十字線は、ＭＲ撮像デバイスのマグネットのアイソセンタなど撮像デバイスの基準点に対してずれ調整されている。

オペレータは、撮像デバイスを患者や解剖学対象の所望の検査位置と一致状態にするために多くの工程を実施しなければならない。例えば、オペレータは整列用ライトをオンにし、整列用ライトに合わせるように関心領域（ＲＯＩ）を移動させ、ＲＯＩを十字線の下の中心に来るようにし、照準ボタンを押下してこの位置をロックし、かつＲＯＩの照準済み位置をマグネットのアイソセンタにもって行くためのスキャン位置前進（ａｄｖａｎｃｅ ｔｏ ｓｃａｎ）ボタンを押下しなければならない。この過程によると最小でも４回の個別のユーザ関与が必要となるため、検査の作業フローが制限される。さらに、オペレータがＲＯＩを十字線と整列させようとする際にＲＯＩの移動が行き過ぎたり手前過ぎたりすることになる可能性が高い。行き過ぎや手前過ぎのため、撮像デバイスを基準とした所望の位置にＲＯＩを最終的に整列させるのにオペレータはＲＯＩを多数回にわたって前後に移動させることが必要である。
米国特許第４４２６７２６号

多種多様な撮像システム向けの信頼性が高い位置決め方法を提供するような、必要なユーザの関与回数がより少ないより能率化した照準付け技法に対する要求が存在する。

本発明の例示的な一実施形態では、対象物に関して操作可能な位置照準システムは、基準点を含みかつ対象物を基準としてある方向に移動するように構成された操作可能デバイスを含む。本位置照準システムはさらに、その上のある位置において刺激を検出するように構成させたセンサであって、対象物を基準としかつ操作可能デバイスの移動方向に対応して配置させるように構成させたセンサを含む。この刺激に応答して操作可能デバイスの基準点とセンサ上の位置とを、対象物を基準とした操作可能デバイスの移動を介して互いに整列させている。

別の例示的実施形態では、対象物に関して操作可能な位置照準システムは、ベースと、基準点を含みかつ対象物を基準としてある方向に移動するように構成された操作可能デバイスと、を含む。本位置照準システムはさらに、その上のある位置において刺激を検出し、ベース、操作可能デバイスあるいはこれら両者と通信するように構成させたセンサを含む。このベースと操作可能デバイスは、互いに対してある方向に移動するように構成されており、またセンサはこの移動方向を反映するように配置させている。この刺激に応答して、操作可能デバイスの基準点とセンサ上の位置を互いに整列させている。

位置照準付けの方法に関する例示的な一実施形態では、本方法は、センサに刺激を加え該センサ上のある位置を規定する工程と、このセンサ上の位置を操作可能デバイスに伝達する工程と、を含む。操作可能デバイスは、この刺激及びセンサ上の位置の伝達に応答してセンサ上の位置を整列させる基準点を含む。

幾つかの図において同じ要素に同じ番号付けとした例示的な図面を参照されたい。

本明細書においてこの例示的な実施形態で開示しているのは、磁気共鳴（ＭＲ）撮像システムに関連した位置照準付け技法の作業フローを効率化させることができるシステム及び方法である。医用ＭＲ撮像システムを基準とした解剖学対象の位置決めに関して例示的なシステム及び方法を開示しているが、この開示は単に例証のためであることを理解されたい。また開示した発明の方法及びシステムは、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）やその他のスキャン型システムなどの別の撮像システムに容易に適用できることを理解すべきである。

「スキャン型」システム以外にも、開示した位置決めシステムのこの例示的な実施形態は、カメラや製造処理装置などその他の操作可能デバイスに適用可能である。さらに、この例示的な実施形態は医学的検査に関連する解剖学対象に関する位置決めを含むと共に、空港のセキュリティ向けその他などの工業的な評価／検査システム（ただし、これらに限らない）を含む上述した撮像テクノロジーを使用する多種多様な撮像分野のおいて用途を有することがあることに留意されたい。

ユーザは、対象物の画像取得の準備として、撮像デバイスを基準として対象物を適正な位置に移動させることが要求される。撮像デバイスは、撮像を開始する前に対象物上の目標位置と整列させるための操作基準点を有する。通常はテーブルまたはプラットフォーム上にある対象物を操作基準点と整列状態になるまで移動させるために、ユーザは多くのコマンドの実行、ボタンやスイッチの押下を行わなければならない。対象物を適正位置にもって来るこの「手作業による（ｍａｎｕａｌ）」トグル操作では対象物が必要な位置を通り過ぎたり該位置の手前で止まってしまうことが多い。本発明の例示的実施形態のセンサによればユーザは、対象物上のある位置に関連させたセンサ上の位置を選択することができる。このセンサ上の位置を撮像デバイスに伝達し、センサの位置と撮像デバイスの基準点とを整列状態にさせる。必要なユーザの関与が最小となると共に、撮像デバイスをセンサ上の位置と高信頼性に整列状態とさせることができる。

ここで図１を参照すると、操作可能デバイス１０、ベース３０及びセンサ５０を含んだ位置照準システム１００の例示的な一実施形態を表している。操作可能デバイス１０は、ベース３０を基準とした操作を実行するように構成されている。操作可能デバイス１０がベース３０を含むことや、あるいはベース３０を操作可能デバイス１０とは別のユニットとすることがある。操作可能デバイス１０は基準点１２と移動可能部分１４とを含む。センサ５０はベース３０、操作可能デバイス１０あるいはこれら両者と通信するように構成させることがある。

操作可能デバイス１０の基準点１２は、ベース３０に対する該デバイス向けの操作点を指示している。例えば基準点１２は、ＭＲ撮像システムのマグネットやカメラのレンズのアイソセンタを含むことがある。基準点１２は図３〜５に示したように操作可能デバイス１０の外部とすることや、あるいは図１及び２で移動可能部分１４内の点線の「Ｘ」で示したように操作可能デバイス１０の内部にあることがある。操作可能デバイス１０は、ベース３０上に十字線を投射するレーザーやハロゲンの整列用ライトなどによって基準点１２がベース３０上に位置決めされるようにする視覚指示手段をベース３０上に含むことがある。

図２及び４に表したように、センサ５０はセンサ５０上の位置５２において刺激５４を検出するように構成されている。一実施形態において、センサ５０上の位置５２に装置（または、人の指）が物理的に接触することについて以下でより詳細に検討することにする。センサ５０上の位置５２は、ベース３０の一方の面またはベース３０の表面３２の上などベース３０上のある位置と対応させることがある。

図１は、表面３２を基準としてベース３０の側面上に配置されたセンサ５０を表している。さらに、複数個のセンサ５０をベース３０上に配置させることがある。このセンサ５０の配置は、操作可能デバイス１０とベース３０との互いを基準とした移動方向に対応している。例えば、図１のセンサ５０は表面３２と実質的に平行な矢印「ｙ」の方向でベース３０の長さ方向に及んでいる。図２を参照すると、センサ５０はベース３０の表面３２上で、矢印「ｙ」で示したベース３０の移動方向に対応した長さ方向に配置されている。ここでは、２個のセンサ５０がベース３０の表面３２上で表面３２の辺縁３６の近傍に配置されている。

対象物９０（図３及び４を参照）をベース３０の表面３２上に配置させると、センサ５０は対象物９０を基準として配置されると考えることができる。代替的実施形態では、センサ５０の配置が操作可能デバイス１０とベース３０との互いを基準とした移動方向に対応している限りにおいて、センサ５０はベース３０ではなく操作可能デバイス１０の表面上に配置させることもできる。

センサ５０はベース３０上において、取外し可能や取外し不可能に配置するように構成することができる。例えばセンサ５０は、ベース３０の構造の常設部分とすることがある。清浄、交換及び修理を容易にするために、センサ５０をベース３０から取外し可能とすることがある。ベース３０上でセンサ５０を取外し式に配置させるとさらに、ベース３０上に配置させた対象物９０を基準としたより有利な位置（対象物９０の直ぐ隣りやそのごく近傍など）へのセンサ５０の配置をユーザに対して可能とさせるのに有用となり得る。

操作可能デバイス１０とベース３０とは互いを基準としてある方向に移動するように構成させ、これにより刺激５４に応答して操作可能デバイス１０の基準点１２とセンサ５０上の刺激５４の位置５２とを整列させることができる。例えば図１に示すように、操作可能デバイス１０の移動可能部分１４はベース３０を基準として矢印で示した方向に移動することがある。代替的実施形態では、ベース３０は図２の例示的実施形態に示したように、操作可能デバイス１０を基準として移動することがある。ここでは、センサ５０上の位置５２が基準点１２と整列するまでベース３０が操作可能デバイス１０に向かって矢印の方向に移動する。操作可能デバイス１０を高信頼性にセンサ５０上の位置と操作可能な整列状態にさせるためにユーザに要求される位置照準システム１００への関与が最小で済むので有利である。センサ５０上の位置５２の変更または選択が正しくなければ、ユーザは位置照準システム１００への最小の関与により、単に操作可能デバイス１０をセンサ５０上の別の選択位置５２と再整列させるだけでよい。

別の例示的実施形態では、位置照準システム１００は、操作可能デバイス１０、ベース３０及びセンサ５０のうちの少なくとも２つの間で通信するように構成させたモジュール６０を含む。モジュール６０は、センサ５０上の刺激５４の位置５２からのデータに基づいて位置計算や距離計算を実行するように構成されたマイクロプロセッサその他を含むことがある。この計算は、操作可能デバイス１０またはベース３０をもう一方を基準として移動し基準点１２とセンサ５０上の位置５２とを整列させる命令を生成するために使用することができる。例えばセンサ５０は、センサ５０上の位置５２をモジュール６０に伝達することがある。次いでモジュール６０は、刺激５４の位置を計算または処理すると共にこの位置を操作可能デバイス１０に伝達することがある。次いで操作可能デバイス１０は、基準点１２をセンサ５０上の位置５２と整列させるように移動することがある。

操作可能デバイス１０、ベース３０及び／またはセンサ５０がモジュール６０を含むことがある。代替的実施形態ではモジュール６０は、操作可能デバイス１０またはベース３０と関連するコンピュータや制御ユニットなど外部のデータ記憶または処理デバイス６２の中に含まれることがある。

図３及び４は、操作可能デバイス１０、センサ５０及び対象物９０を含んだ位置照準システム１００の別の例示的実施形態に関するそれぞれ側面図及び上面図である。操作可能デバイス１０は、画像のスキャンや写真／画像の撮影など対象物９０を基準とした操作を実行するように構成されている。操作可能デバイス１０は基準点１２及び移動可能部分１４を含む。

操作可能デバイス１０は、対象物９０まで至れるような移動性を有することがある。例えば対象物９０は、製造環境における固定物や装置など永続的な配置とすることがある。対象物９０はまた、空港の不審物やけが人など、セキュリティ上や安全上の理由から移動可能とさせないことがある。別法として操作可能デバイス１０は例えば、その大きさや据え付け要件のために固定状態とさせ、対象物９０を操作可能デバイス１０までもって来ることがある。

図３及び４を参照すると、センサ５０はグラウンド面や床面などの表面３４上で対象物９０を基準として配置されている。センサ５０の配置は、矢印で示した操作可能デバイス１０の移動方向に対応する。例えばセンサ５０は、操作可能デバイス１０の移動方向と実質的に平行に矢印の方向に配置させている。図４のセンサ５０は、対象物９０上の目標位置９２に及ぶように対象物９０のごく近傍に配置させている。

代替的実施形態では、対象物９０自体の上にセンサ５０を配置させることがある。例えば図５は、目標位置９２に及ぶように対象物９０の垂直表面９４上にあるセンサ５０を表している。ここではセンサ５０は、矢印で示すように対象物９０を基準とした操作可能デバイス１０の移動方向に対応している。本質的にはセンサ５０は、対象物９０の上あるいはその近傍に配置できるように可搬式に構成されている。

センサ５０は操作可能デバイス１０の操作と干渉しないように構成させることがある。例えば操作可能デバイス１０がＸ線撮像システムであれば、センサ５０は、Ｘ線撮像とほとんど干渉しないように、あるいは作成したＸ線画像内で目立たないように放射線的に透明（ｒａｄｉｏ−ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）または放射線的に半透明（ｒａｄｉｏ−ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔ）とさせることがある。

ベース３０及び／または対象物９０の表面を基準とした移動方向が実質的に平行であるようにした表現は、単に例示を目的としたものである。例示的な実施形態では、ベース３０及び／または対象物９０は湾曲した表面を含むことがある。操作可能デバイス１０は実質的に直線的な経路で移動することや、湾曲表面に相応した弧状の経路を含むことがある。さらにベース３０には、操作可能デバイス１０の基準点１２を基準として対象物９０の目標位置９２を位置決めするためにその表面３２に対して傾斜すなわち面の変化が加えられることがある。別の例示的実施形態では、そのセンサ５０はベース３０または対象物９０の湾曲した表面と一致するように可撓性とさせることがある。

センサ５０は、センサ５０をその配置位置（すなわち、配置箇所）に確保するための取り付け手段を含むことがある。上で検討したようにセンサ５０がベース３０に対して取外し可能に取り付けられている場合、ベース３０内にセンサ５０を受け容れるための窪みまたは対応する取り付け手段を存在させることがある。センサ５０を対象物９０上に配置させる場合、その取り付け手段はセンサ５０を対象物９０上に確保するために一時的接着剤または磁性パッドのようなものを含むことがある。対象物９０に続くグラウンド面や床面３４上に配置させるときなどでは、センサ５０は単に、配置位置にセンサが静止状態に保たれるような十分な質量とサイズを有するようにさせることがある。

センサ５０は、連続型センサ５８、離散型センサ５９あるいはこれら両者を含むことがある。連続型センサ５８は、連続型センサ５８に沿った本質的に任意の位置５２に刺激５４を加えることを可能にするように構成させることがあり、また離散型センサ５９は刺激５４が加えられる可能性がある特異点５３を含むことがある。

連続型センサ５８は、光導波路、表面音響波導波路（ＳＡＷ）その他、並びに前掲のものを少なくとも１つ含んだ任意の合成体（ただし、これらに限らない）を含むことがある。例示的な実施形態では、連続型センサ５８は、図２のベース３０の右辺縁３６上に示したセンサ５０のようにマーキング５６を有することがあり、あるいは図１のセンサ５０や図２のベース３０の左辺縁３６上に示したようにマーキング５６が無いことがある。

離散型センサ５９は、ボタンスイッチのアレイ、機械式ボタンのアレイ、ワイヤレス式送受信器、有線式送受信器その他、並びに前掲のものを少なくとも１つ含んだ任意の合成体（ただし、これらに限らない）を含むことがある。例えば図４は、刺激５４が加えられる可能性がある点である円で示した特異点５３を有するセンサ５０を表している。ここでは、操作可能デバイス１０の移動可能部分１４の基準点１２は特異点５３のうちの１つである離散型センサ５９上の位置５２と整列させている。

刺激５４は、物理的接触、機械式移動、電子信号その他、並びに前掲のものを少なくとも１つ含んだ任意の合成体（ただし、これらに限らない）を含むことがある。物理的接触は直接ユーザの指から得ることや、ユーザが特殊な棒やペンなどセンサ５０と一緒に使用するように構成させた対象物９０の利用を介することがある。電子信号は、送受信器を備えたリモート式制御デバイス、有線式通信手段７０を介して位置照準システム１００と通信する外部のデータ記憶デバイス６２など、センサ５０と一緒に使用するように構成させたツールや対象物９０から得ることがある。例えば上で言及した光導波路を含むセンサ５０は、センサ５０上のある領域を押すことによって光が反射されて刺激５４を検出するように動作することがある。表面音響波導波路（ＳＡＷ）を利用する場合は、ストリップ上のある領域を押すことによってＳＡＷが遮断される。機械式ボタン・アレイは、ベース３０が筐体や操作可能デバイス１０の先行縁を通過した時点でセンサ５０上の押された領域を読み取り、押されたボタンがクリアとなるように操作することがある。

センサ５０の別の例示的実施形態として、図６に示した例示的実施形態に関してボタンスイッチからなる抵抗性ネットワークを例証した。ここでこの例示的な実施形態は、接触式ボタンのアレイ８０、電源８２及び電圧計８４を動作可能に接続した状態で含んでいる。長さが１フィートで分解能が０．５インチの接触式ボタンアレイ８０を１００ＫΩの負荷抵抗と直列に配置させた。１５ボルトのソース電圧を印加すると共に、押下した２４個の個々のボタンのそれぞれについてディジタル式電圧計８４を用いてボタンストリップ８０の端子間の電圧を読み取った。そのデータを下の表１に詳述している。各位置は重複することなく離散的位置に容易に分解可能であった。

操作可能デバイス１０は、コンピュータ断層（ＣＴ）スキャナ、カメラ、計測器、機械式ツールその他（ただし、これらに限らない）を含むことがある。上で検討した例示的な実施形態は、システムの操作の実行前に当該システムに対して伝達される照準付け情報を含むような多種多様なテクノロジーに利用可能であることを理解されたい。

操作可能デバイス１０、ベース３０、センサ５０及び／またはモジュール６０の間の通信は、有線式通信とすることもワイヤレス通信とすることもできる。例示的な実施形態では、ワイヤレス通信は操作可能デバイス１０、ベース３０、センサ５０及び／またはモジュール６０内にワイヤレス式送受信器を含むことがある。この送受信器は、無線周波数（ＲＦ）、赤外線（ＩＲ）、超音波（Ｕ／Ｓ）その他、並びに前掲のものを少なくとも１つ含んだ任意の合成体を介して通信することがある。ワイヤレス式ＲＦ通信は例えば、８０２．１１無線周波数プロトコル、ＷＩ−ＦＩ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）、あるいは操作可能デバイス１０、ベース３０、センサ５０及び／またはモジュール６０と一緒に使用するのに適した別の任意のプロトコルを利用することがある。

本発明に関して例示的な実施形態を参照しながら記載してきたが、本発明の趣旨を逸脱することなく様々な変更が可能であると共に、その要素の等価物による置換が可能であることは当業者であれば理解するであろう。さらに、多くの修正形態により、本発明の本質的趣旨を逸脱することなく具体的な状況や材料を本発明の教示に適応させることができる。したがって、本発明を実施するように開示した特定の実施形態に本発明を限定しようという意図ではなく、本発明は添付の特許請求の範囲の域内に入るすべての実施形態を包含するように意図している。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の一実施形態による位置照準システムの例示的な一実施形態の側面図である。 本発明の一実施形態による位置照準システムの別の例示的実施形態の上面図である。 本発明の一実施形態による位置照準システムの別の例示的実施形態の側面図である。 本発明の一実施形態による図３の位置照準システムの上面図である。 本発明の一実施形態による位置照準システムの別の例示的実施形態の側面図である。 本発明の一実施形態による位置照準システム向けのセンサの例示的な一実施形態を例証した実験を表した図である。

符号の説明

１０ 操作可能デバイス
１２ 基準点
１４ 移動可能部分（要素１０の部分）
３０ ベース
３２ 表面（ベースの表面）
３４ 表面（グラウンド面や床面）
３６ 辺縁（ベース／表面の辺縁）
５０ センサ
５２ センサ上の位置
５３ 特異点（離散型センサ上の点）
５４ 刺激
５６ マーキング
５８ 連続型センサ
５９ 離散型センサ
６０ モジュール
６２ 外部のデータ記憶デバイス
７０ 通信手段
８０ ボタンストリップ・アレイ
８２ 電源
８４ 電圧計
９０ 対象物
９２ 目標位置（対象物上の位置）
９４ 表面（対象物の垂直面）
１００ 位置照準システム

Claims (10)

1. 基準点（１２）を備える、対象物（９０）を基準としてある方向に移動するように構成させた操作可能デバイス（１０）と、
   前記対象物（９０）を基準として配置させるように構成されている、その上のある位置において刺激（５４）を検出するように構成させたセンサ（５０）と、
   を備えている対象物（９０）に関して操作可能な位置照準システム（１００）であって、
   前記操作可能デバイス（１０）及び前記センサ（５０）はこれらの間で動作可能に通信（７０）するように構成されており、かつ
   前記刺激（５４）に応答して、対象物（９０）を基準とした前記操作可能デバイス（１０）の移動を介して該操作可能デバイス（１０）の基準点（１２）と前記センサ（５０）の位置を互いに整列させている、
   位置照準システム（１００）。
2. 前記センサ（５０）は連続型センサ（５８）、離散型センサ（５９）、あるいはこれら両者を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記センサ（５０）は対象物（９０）上に配置されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記通信（７０）は、有線式通信、ワイヤレス通信、あるいはこの前２者のうちの少なくとも一方を含む任意の合成体を備える、請求項１に記載のシステム。
5. ベース（３０）と、
   基準点（１２）を備えている前記ベース（３０）に対して操作を実行するように構成された操作可能デバイス（１０）と、
   その上のある位置において刺激（５４）を検出するように構成させたセンサ（５０）であって、前記ベース（３０）と前記操作可能デバイス（１０）とあるいはこれら両者と通信（７０）するように構成させたセンサ（５０）と、
   を備えている対象物（９０）に関して操作可能な位置照準システム（１００）であって、
   前記ベース（３０）及び前記操作可能デバイス（１０）は互いに対してある方向に移動するように構成され、該移動方向を反映するように前記センサ（５０）が配置されており、
   前記刺激（５４）に応答して、前記操作可能デバイス（１０）の基準点（１２）と前記センサ（５０）上の位置を互いに整列させている、
   位置照準システム（１００）。
6. 前記ベース（３０）上に配置させた対象物（９０）をさらに備えると共に、前記センサ（５０）上の位置は該対象物（９０）上のある位置に対応している、請求項６に記載のシステム。
7. 前記ベース（３０）、前記操作可能デバイス（１０）及び前記センサ（５０）のうちの少なくとも２つの間で通信（７０）するように構成されたモジュール（６０）をさらに備える請求項６に記載のシステム。
8. 位置照準の方法であって、
   センサ（５０）に対して刺激（５４）を加えて該センサ（５０）上で１つの位置を規定する工程と、
   前記センサ（５０）上の位置を基準点（１２）を有する操作可能デバイス（１０）に伝達し、これに応答して該基準点（１２）を該センサ（５０）上の位置と整列させる工程と、
   を含む方法。
9. 前記整列の工程は前記センサ（５０）を基準として前記操作可能デバイス（１０）を移動させる工程を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記センサ（５０）をベース（３０）の上に配置させる工程をさらに含む請求項８に記載の方法。

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