JP2009258055A - 放射線像変換パネル - Google Patents

Abstract

【課題】 蛍光寿命劣化をより単純な構造で効果的に防止する放射線像変換パネルを提供することを目的としている。
【解決手段】 放射線像変換パネル(1)は、支持体(100)と、該支持体(100)上に形成された放射線変換膜(200)とを備える。放射線変換膜(200)は、支持体(100)の第１主面(100a)のうち少なくとも該第１主面(100a)の重心位置(G)を含む膜形成領域(R)上に形成される。放射線変換膜(200)にはEuが添加されており、このEu濃度分布は、該放射線変換膜(200)の中央付近よりも周辺が高くなるよう濃度勾配を有する。このように添加されるEu濃度に濃度勾配を持たせることにより、放射線変換膜(200)の周辺における輝度落ち込みが低減される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、入射された放射線を可視光に変換する、柱状結晶構造を有する放射線変換膜を備えた放射線像変換パネルに関するものである。

Ｘ線画像に代表される放射線画像は、従来から病気診断用などに広く用いられている。このような放射線画像を得る技術として、例えば、照射された放射線エネルギーを蓄積、記録する一方、励起光を照射することにより蓄積、記録された放射線エネルギーに応じて可視光を発する放射線変換膜を用いた放射線像の記録再生技術が広く実用化されている。

このような放射線像の記録再生技術に適用される放射線像変換パネルは、支持体と、該支持体の上に設けられた放射線変換膜を備える。放射線変換膜には、気相成長（堆積）により形成された柱状結晶構造を有する輝尽性蛍光体膜が知られている。輝尽性蛍光体層が柱状結晶構造を有する場合、輝尽励起光又は輝尽発光の横方向への拡散が効果的に抑制されるため（クラック（柱状結晶）界面において反射を繰り返しながら支持体面まで到達する）、輝尽発光による画像の鮮鋭性を著しく増大させることができる。

例えば、特許文献１には、気相堆積法によって支持体上に、支持体の法線方向に対し、一定の傾きを持った細長い柱状結晶を形成した輝尽性蛍光体層を有する放射線像変換パネルが提案されている。また、特許文献２には、支持体上に形成された輝尽性蛍光体層を、表面粗さＲａが２０ｎｍ以下の基材と多層防湿層からなる防湿性保護膜で封止することにより、水分等による輝尽性蛍光体層の劣化を防止する技術が提案されている。
特開平２−５８０００号公報 特開２００５−３１５７８６号公報

発明者らは、従来の放射線像変換パネルについて詳細に検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、従来の放射線像変換パネルにおける放射線変換膜について、発明者らが恒温高湿度での蛍光寿命評価を行うと、該放射線変換膜の中央付近と周辺では、輝度落ちに著しい差があることが分かった。なお、蛍光寿命評価は、温度２５℃、湿度５０％の環境下で１ヶ月間（７２０時間）使用したサンプルの輝度値を初期の輝度値に対する比率で輝度値の落ち込みを定量化する試験である。

上記特許文献２に記載された技術では、上述のような放射線変換膜の特性は全く考慮されていない。そのため、放射線変換膜全体を均一に特殊な構造の防湿保護膜により封止する特許文献２の技術によれば、放射線像変換パネル全体の構造が複雑になるという課題があった（製造プロセスの複雑化）。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、パネル全体の蛍光寿命劣化をより単純な構造で効果的に防止する放射線像変換パネルを提供することを目的としている。

この発明に係る放射線像変換パネルは、発明者らが、放射線変換膜に添加されるＥｕ濃度を制御することにより、当該パネルの輝度落ち込みを効果的に抑制できるとことを発見したことにより完成されたものである。具体的に、この発明に係る放射線像変換パネルは、支持体と、該支持体上に形成された放射線変換膜とを備える。支持体は、放射線変換膜が形成される第１主面と、該第１主面に対向する第２主面を有する平行平板を含む。放射線変換膜は、支持体の第１主面のうち少なくとも該第１主面の重心位置を含む膜形成領域上に形成される。この放射線変換膜は、Ｅｕが添加された輝尽性蛍光体層であり、第１主面の法線方向に一致するか、あるいは所定角度の傾きを持った柱状結晶により構成されている。

特に、この発明に係る放射線像変換パネルにおいて、放射線変換膜におけるＥｕ濃度分布は、重心位置上の放射線変換膜（中央エリア）より周辺エリアの方が高くなるよう濃度勾配が与えられている。具体的には、第１主面における膜形成領域において、半径が重心位置から膜形成領域のエッジまでの最短距離の４０％以上８０％以下である該重心位置を中心とした基準円の円周と該膜形成領域のエッジで挟まれた周辺エリア上に位置する前記放射線変換膜のＥｕ濃度が、重心位置上の放射線変換膜のＥｕ濃度よりも高く設定されている。

なお、この発明に係る放射線像変換パネルにおいて、放射線変換膜のＥｕ濃度は、重心位置から基準円の円周に向かって単調増加しているのが好ましい。また、重心位置におけるＥｕ濃度の適正値は、光学式読取装置のレーザ波長やレーザ光特性、撮像装置の感度等で変化するため、該重心位置上の放射線変換膜におけるＥｕ濃度は、０．００１ｗｔ％以上かつ０．３ｗｔ％以下であるのが好ましい。

この発明に係る放射線像変換パネルにおいて、放射線変換膜の輝度落ち込みをより効果的に抑制するためには、周辺エリア上の放射線変換膜のＥｕ濃度は、０．０６ｗｔ％以上であるのが好ましい。ただし、当該放射線像変換パネル全体の輝度を均一に維持するためには、周辺エリア上の放射線変換膜のＥｕ濃度は、重心位置上の放射線変換膜のＥｕ濃度の２倍以下であるのが好ましい。

さらに、この発明に係る放射線像変換パネルは、支持体の第１主面に覆われた面を除く、放射線変換膜の露出面を覆う耐湿保護膜（透明有機膜）を備えてもよい。

なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。

また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の思想及び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。

上述のようにこの発明は、放射線変換膜に添加されるＥｕ濃度分布に、該放射線変換膜の中央付近よりも周辺において高くなるよう濃度勾配を持たせたことにより、通常、輝度落ち込みが中央付近よりも激しい該放射線変換膜の周辺においても輝度落ち込みが低減される。これにより、当該放射線像変換パネル全体として十分な蛍光寿命が維持される。

以下、この発明に係る放射線像変換パネルの各実施形態を、図１〜図８を参照しながら詳細に説明する。なお、図の説明において同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、この発明に係る放射線像変換パネルの一実施形態の構造を示す図である。特に、図１（ａ）は、当該放射線像変換パネル１の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った当該放射線像変換パネル１の断面図、また、図１（ｃ）は、図１（ａ）中のＩＩ−ＩＩ線に沿った当該放射線像変換パネル１の断面図である。

図１において、放射線像変換パネル１は、支持体１００と、該支持体１００上に形成された放射線変換膜２００と、支持体１００及び放射線変換膜２００を全体的に覆う保護膜（透明有機膜）を備える。支持体１００は、放射線変換膜２００が形成される第１主面１００ａと、該第１主面１００ａに対向する第２主面１００ｂを有する平行平板である。放射線変換膜２００は、支持体１００の第１主面１００ａのうち少なくとも該第１主面１００ａの重心位置Ｇを含む膜形成領域Ｒ上に形成される。この放射線変換膜２００は、第１主面１００ａの法線方向に一致するか、あるいは所定角度の傾きを持った柱状結晶により構成されている。

図２は、この発明に係る放射線変換膜における各部の断面構造を示す図である。具体的に、図２（ａ）は、図１（ｃ）における領域Ａ１の断面図、図２（ｂ）は、図１（ｃ）における領域Ｂ１の断面図、図２（ｃ）は、図１（ｃ）における領域Ｃ１の断面図である。

これら図２（ａ）〜２（ｃ）から分かるように、放射線変換膜２００を構成する柱状結晶の結晶径Ｄ１〜Ｄ３は、いずれも略７μｍであり、該放射線変換膜２００全面に亘って略均一になっている。ただし、放射線変換膜２００には賦活剤であるＥｕが添加されており、該放射線変換膜２００の中央付近から周辺に向かって徐々にＥｕ濃度が増加するよう該Ｅｕが添加されている。Ｅｕ濃度は、当該パネルの輝度落ち込みの抑制に寄与することが発明者らによって発見されたが、中央付近と比較して輝度落ち込みの激しい周辺においてＥｕ濃度を高く設定しておくことにより、パネル全体として十分な蛍光寿命を維持することができる。

次に、図３を用いて、支持体１００の第１主面１００ａにおける膜形成領域Ｒにおいて、該膜形成領域Ｒ上に形成される放射線変換膜２００のＥｕ濃度分布を規定するため、該膜形成領域Ｒの中央エリアＡＲ１と周辺エリアＡＲ２について説明する。図３は、支持体１００の第１主面１００ａ（膜形成領域Ｒ）における中央エリアＡＲ１と周辺エリアＡＲ２の特定方法を具体的に説明するための図である。

膜形成領域Ｒにおける中央エリアＡＲ１は、重心位置Ｇを含む局所領域である。具体的には、重心位置Ｇからの離間距離が該重心位置Ｇから該膜形成領域Ｒのエッジまでの最短距離の５％となる重心位置Ｇを含む局所領域（半径が最短距離の５％となる重心位置Ｇを中心とした円の内側）である。一方、膜形成領域における周辺エリアＡＲ２は、半径が重心位置Ｇから該膜形成領域Ｒのエッジまでの最短距離の４０〜８０％となる該重心位置Ｇを中心とした円の円周と、膜形成領域Ｒのエッジとで挟まれた局所領域である。

なお、放射線変換膜２００は、このように中央エリアＡＲ１及び周辺エリアＡＲ２が定義される第１主面１００ａの膜形成領域Ｒ上に形成されており、放射線変換膜２００の中央付近と周辺は、図３で定義された中央エリアＡＲ１及び周辺エリアＡＲ２とそれぞれ実質的に一致した領域と考えてよい。

次に、図４は、この発明に係る放射線像変換パネルにおける放射線変換膜２００を支持体１００上に形成するための製造装置の構成を示すである。

この図４に示された製造装置１０は、支持体１００の第１主面１００ａ上に放射線変換膜２００を気相堆積法により形成する装置である。気相堆積法としては、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法等が適用可能であるが、一例として、蒸着法によりＥｕドープＣｓＢｒの放射線変換膜２００を支持体１００上に形成する場合について説明する。この製造装置１０は、少なくとも、真空容器１１と、支持体ホルダ１４と、回転軸１３ａと、駆動装置１３と、蛍光体蒸発源１５ａ、１５ｂと、真空ポンプ１２を備える。支持体ホルダ１４、蒸発源１５、及び回転軸１３ａの一部は真空容器１１内に配置される。支持体ホルダ１４は、支持体１００を加熱するためのヒータ１４ａを含む。駆動装置１３から伸びた回転軸１３ａの一端は支持体ホルダ１４に取り付けられており、駆動装置１３が回転軸１３ａを介して支持体ホルダ１４を回転させる。蛍光体蒸発源１５ａ、１５ｂは、いずれも真空容器１１の中心軸ＡＸからずれた位置に配置されており、支持体ホルダ１４に設置される支持体１００に蒸着される金属蒸気として供給される金属材料を保持する。真空ポンプ１２は、真空容器１１内を所定の真空度まで減圧する。

蛍光体蒸発源１５ａ、１５ｂには、いずれもＣｓＢｒとＥｕＢｒの混合材料がセットされているが、賦活剤としてのＥｕ濃度は、蛍光体蒸発源１５ａよりも蛍光体蒸発源１５ｂの方が高く設定されている。また、蛍光体蒸発源１５ａは、軸ＡＸから外れた位置から支持体１００の中央エリアＡＲ１に金属蒸気流入方向が向くようセットされる一方、蛍光体蒸発源１５ｂは、軸ＡＸから外れた位置から支持体１００の周辺エリアＡＲ２に金属蒸気流入方向が向くようセットされている。支持体１００が支持体ホルダ１４にセットされる。支持体１００の、蛍光体蒸発源１５ａ、１５ｂに対面した面上に形成される柱状結晶の結晶径は、ヒータ１４ａで支持体１００自体の温度を調整することにより、また、真空容器１１内の真空度や材料減１５から支持体１００への金属蒸気流入角度等を制御することにより、調整される。

まず、支持体１００の第１主面１００ａ（蛍光体蒸発源１５ａ、１５ｂに対面した面）にＥｕドープＣｓＢｒの柱状結晶を蒸着法によって成長させる。このとき、駆動装置１３は、回転軸１３ａを介して支持体ホルダ１４を回転させており、これにより支持体１００も軸ＡＸを中心に回転している。

このような蒸着法により、支持体１００上に膜厚５００μｍ±５０μｍの放射線変換膜２００が形成される。このとき、放射線変換膜２００における柱状結晶の結晶径は、７μｍ程度である。また、中央エリアＡＲ１上に位置する放射線変換膜２００のＥｕ濃度は０．３〜０．５ｗｔ％であり、周辺エリアＡＲ２上に位置する放射線変換膜２００のＥｕ濃度は０．７ｗｔ％以上である。これは、Ｅｕ濃度が高すぎると輝度低下が起こる一方、Ｅｕ濃度が高いと恒温高湿度試験（蛍光寿命評価）での良好な結果が得られるためである。したがって、中央エリアＡＲ１上に位置する放射線変換膜２００のＥｕ濃度が最適値に設定される一方、周辺エリアＡＲ２上に位置する放射線変換膜２００には輝度落ち込みの対策としてＥｕ濃度が高く設定されている。

上述のように支持体１００上に形成された放射線像変換膜２００をなすＣｓＢｒは、吸湿性が高い。この放射線変換膜２００を露出したままにしておくと空気中の水蒸気を吸湿して潮解してしまう。そこで、放射線変換膜２００の蒸着法による形成工程に続いて、放射線変換膜２００の露出面全体を覆うように、ＣＶＤ法により耐湿保護膜３００が形成される。すなわち、放射線像変換膜２００が形成された支持体１００をＣＶＤ装置に入れ、膜厚１０μｍ程度の耐湿保護膜３００が放射線変換膜２００の露出面上に成膜される。これにより、放射線像変換膜２００及び支持体１００に耐湿保護膜３００が形成された放射線像変換パネル１が得られる。

支持体１００上に形成される放射線変換膜２００におけるＥｕ濃度制御は、図４に示されたような蛍光体蒸発源１５ａ、１５ｂの配置により実現される他、図５に示された配置によっても実現可能である。

すなわち、真空容器１１内には、図５に示されたように、軸ＡＸから外れた位置に母材蒸発源１６ａと、賦活剤蒸発源１６ｂが配置されてもよい。母材蒸発源１６ａにはＣｓＢｒがセットされ、賦活剤蒸発源１６ｂにはＥｕＢｒがセットされる。また、母材蒸発源１６ａは、金属蒸気流入方向が周辺エリアＡＲ２に向くようセットされる。賦活剤蒸発源１６ｂは、金属蒸気流入方向が支持体１００から外れるようにセットされる。このように母材蒸発源１６ａ及び賦活剤蒸発源１６ｂが配置された場合でも、図４に示された製造装置１０と同様に、Ｅｕ濃度制御が可能である。

次に、発明者らは、放射線変換膜２００の周辺エリアＡＲ２において、輝度落ち込みを効果的に抑制できるＥｕ濃度について検討した。図６は、周辺エリアＡＲ２上に位置する放射線変換膜２００のＥｕ濃度と感度劣化（輝度の初期比）との関係を示す。特に、図６（ａ）は、種々のＥｕ濃度とそれに対応したサンプルの感度劣化（初期比）を列挙した表である。なお、温度２５℃、湿度５０％の環境下で１ヶ月間（７２０時間）使用したサンプルの輝度値を測定することにより行われた蛍光寿命評価の数値である。具体的には、初期の輝度値に対する使用後に測定された輝度値の比である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示されたＥｕ濃度（ｗｔ％）及び初期比の関係をプロットしたグラフである。

図６（ｂ）から分かるように、初期比が安定的に８０％を越えるＥｕ濃度領域は０．０６ｗｔ％以上の領域であることから、少なくとも放射線変換膜２００の周辺エリアＡＲ２におけるＥｕ濃度は０．０６ｗｔ％以上であるのが好ましい。

図７は、上述のようなＥｕ濃度分布を有するサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．５の放射線変換膜について、測定位置（重心位置からの離間距離）とＥｕ濃度の関係を示す。特に、図７（ａ）は、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．５のそれぞれについて、重心位置Ｇからの離間距離０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍそれぞれの位置でのＥｕ濃度を示す。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示された離間距離（ｍｍ）及びＥｕ濃度（ｗｔ％）の関係をプロットしたグラフである。なお、重心位置Ｇからの膜形成領域Ｒのエッジまでの最短距離が２５０ｍｍの場合、該最短距離の４０％は１００ｍｍとなる。これらサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．５のでは、重心位置Ｇから１００ｍｍ以上離間した領域が周辺エリアＡＲ２に相当する放射線変換膜周辺である。

サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３の放射線変換膜は、いずれも０．６ｗｔ％以上のＥｕが添加されており、Ｅｕ濃度が該放射線変換膜の中央付近（中央エリアＡＲ１に相当）よりも周辺（周辺エリアＡＲ２に相当）の方が高くなるよう調整されている。一方、サンプルＮｏ．４及びＮｏ．５の放射線変換膜は、比較例として、０．６ｗｔ％よりもはるかに少ない濃度のＥｕが全体的にかつ略均一に添加されている。図７（ｂ）において、グラフＧ７１０はサンプルＮｏ．２のＥｕ濃度分布、グラフＧ７２０はサンプルＮｏ．１のＥｕ濃度分布、グラフＧ７３０はサンプルＮｏ．３のＥｕ濃度分布、グラフＧ７４０は比較例に係るサンプルＮｏ．４のＥｕ濃度分布、グラフＧ７５０は比較例に係るサンプルＮｏ．５のＥｕ濃度分布をそれぞれ示す。

また、図８は、用意されたサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．５の放射線変換膜について、それらの蛍光寿命の評価結果を示す表である。具体的な蛍光寿命評価は、温度２５℃、湿度５０％の環境下で１ヶ月間（７２０時間）使用したサンプルの輝度値を測定することにより行われる。この際、初期の輝度値に対する測定された輝度値の比（初期比）が８０％以上維持されているサンプルが評価○、８０％以下であっても実用上許容可能であるサンプルが評価△、実用上許容できない程度まで輝度値が低下したサンプルが評価×で表されている。

サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３の放射線変換膜では、重心位置Ｇから１００ｍｍ以上離間した周辺エリアＡＲ２のＥｕ濃度が、０．６ｗｔ％以上かつ重心位置におけるＥｕ濃度よりも高くなっている。これらサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３のいずれも周辺エリアＡＲ２において蛍光寿命の劣化は見られない。逆に、比較例に係るサンプルＮｏ．４及びＮｏ．５の放射線変換膜では、Ｅｕ濃度が重心位置Ｇから膜形成領域Ｒのエッジまで略均一に分布しており、いずれも周辺エリアＡＲ２において蛍光寿命の劣化が見られた。このように、支持体１００の第１主面１００ａ上に規定される膜形成領域Ｒの中央エリアＡＲ１、特に重心位置Ｇ上に存在する放射線変換膜２００のＥｕ濃度に対し、該膜形成領域Ｒの周辺エリアＡＲ２上に存在する放射線変換膜２００のＥｕ濃度が高くなるよう、該放射線変換膜２００のＥｕ濃度分布に濃度勾配を与えることにより、当該放射線像変換パネルの蛍光寿命の劣化は効果的に抑制される。

なお、図７から分かるように、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３について、重心位置Ｇから離間距離１００ｍｍまでの間では、Ｅｕ濃度は単調増加している。また、これらサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３について、Ｅｕ濃度は全体的に０．６ｗｔ％以上であり、かつ周辺エリアＡＲ２のＥｕ濃度は、重心位置ＧにおけるＥｕ濃度の２倍以下になっている。

以上の説明から、この発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、この発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。

この発明に係る放射線像変換パネルの一実施形態の構造を示す図である。 この発明に係る放射線像変換パネルの放射線変換膜における各部の断面構造を示す図である。 支持体の第１主面上における中央エリアと周辺エリアの特定方法を具体的に説明するための図である。 この発明に係る放射線像変換パネルの製造工程の一部として、支持体上に放射線変換膜を形成するための製造装置の構成を示すである。 この発明に係る放射線像変換パネルの製造工程の一部として、支持体上に放射線変換膜を形成するための製造装置の他の構成を示すである。 放射線変換膜の周辺エリアにおけるＥｕ濃度と感度劣化（輝度の初期比）との関係を示す表及びグラフである。 用意されたサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．５の放射線像変換パネル（放射線変換膜）について、測定位置（重心位置からの離間距離）とＥｕ濃度の関係を示す表及びグラフである。 用意されたサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．５の放射線像変換パネル（放射線変換膜）について、それらの蛍光寿命の評価結果を示す表である。

符号の説明

１００…支持体、１００ａ…第１主面、１００ｂ…第２主面、２００…放射線変換膜、３００…保護膜、Ｒ…膜形成領域、ＡＲ１…中央エリア、ＡＲ２…周辺エリア。

Claims (6)

1. 第１主面と、該第１主面に対向する第２主面を有する支持体と、
   前記支持体の前記第１主面のうち少なくとも該第１主面の重心位置を含む膜形成領域上に設けられたＥｕが添加された放射線変換膜であって、該第１主面の法線方向に一致するか、あるいは所定角度の傾きを持った柱状結晶により構成された放射線変換膜とを備えた放射線像変換パネルであって、
   前記第１主面における前記膜形成領域において、半径が前記重心位置から前記膜形成領域のエッジまでの最短距離の４０％以上８０％以下である該重心位置を中心とした基準円の円周と前記膜形成領域のエッジで挟まれた周辺エリア上に位置する前記放射線変換膜のＥｕ濃度は、前記重心位置上の前記放射線変換膜のＥｕ濃度よりも高く設定された放射線像変換パネル。
2. 前記放射線変換膜のＥｕ濃度は、前記重心位置から前記基準円の円周に向かって単調増加していることを特徴とする請求項１記載の放射線像変換パネル。
3. 前記重心位置上の前記放射線変換膜におけるＥｕ濃度は、０．００１ｗｔ％以上かつ０．３ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線像変換パネル。
4. 前記周辺エリア上の前記放射線変換膜のＥｕ濃度は、０．０６ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の放射線像変換パネル。
5. 前記周辺エリア上の前記放射線変換膜のＥｕ濃度は、前記重心位置上の前記放射線変換膜のＥｕ濃度の２倍以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の放射線像変換パネル。
6. 前記支持体の前記第１主面に覆われた面を除く、前記放射線変換膜の露出面を覆う保護膜をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の放射線像変換パネル。

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