JP3402916B2 - 核スピントモグラフ装置のマグネット装置のシム調整方法及び方法を実施する装置 - Google Patents
核スピントモグラフ装置のマグネット装置のシム調整方法及び方法を実施する装置Info
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/387—Compensation of inhomogeneities
- G01R33/3875—Compensation of inhomogeneities using correction coil assemblies, e.g. active shimming
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
フ装置のマグネット装置のシム調整方法及び方法を実施
する装置に関する。
性は、画像形成の質にとって決定的な要因である。画像
形成の際、磁場の不均一性のために、画像領域内に、磁
場の偏差に比例する画像の幾何学的な歪が生じる。特に
重要なのは、エコープラナー法での磁場の均一度であ
る。更に、スペクトロスコピーの領域では、スペクトル
線の十分な分解能を達成するために、磁場の均一度に極
めて高い条件を満たすことが要求されている。というの
は、磁場の不均一性のために、スペクトル線が重なって
しまうことがあるからである。
ず、いわゆるパッシブシミングが設けられ、即ち、マグ
ネット内に、例えば、均一度を改善するための鉄片が取
り付けられる。その様な装置構成は、例えば、米国特許
第235284号明細書から公知である。必要条件が比較的高
い場合には、このような受動的なシム調整では、いずれ
にせよ不十分である。そこで、付加的に、調整可能な電
流が供給される特殊なシムコイルが設けられている。直
線状の磁場偏差、即ち、一次の磁場誤差は、グラジエン
トコイルに、調整可能なオフセット電流、即ち、一定電
流を供給して、グラジエントパルス系列に重畳するよう
にしても、補償することができる。このような技術は、
例えば、米国特許第345178号明細書から公知である。
ル用のオフセット電流の調整は、被検対象が磁場内に位
置している間、高い条件レベルで行われなければならな
い。というのは、場合によっては、この調整によって、
磁場分布に影響が及ぼされることがあるからである。従
って、シム電流の調整の際、先ず、既に実際に存在して
いる磁場分布を精確に知ることが前提となる。
ly automated, arbitrary volume,in vivo shimming”S
MRM Abstracts 1990、541頁には、先ず、種々異なるエ
コー時間での二つの 3D-グラジエントエコー系列を実行
する方法が記載されている。これら二つの系列に基づい
て、各位相画像が形成されて、これらが減算される。そ
れにより、磁場分布を三次元で検出することができ、そ
の際、ベクトル x の形式で示される M 個のデータ点が
得られる。更に、「参照マップ(referencemap)」が形成
され、それには、M 個のシムコイルが磁場に及ぼす影響
について、マトリックス A の形式で示されている。決
定すべきシム電流は、ベクトル C の形式で示されてい
る。所要のシム電流は、結局、大きさ A・C − x の自
乗偏差を最小にするようにして求められる。
整方法が公知であり、それによると、磁場の不均一度を
求めるために、先ず、同様に、グラジエントエコー系列
又は中心的180°高周波パルスでのスピンエコー系列が
実行される。得られた核磁気共鳴信号は、フーリエ変換
されて、核スピンの位相曲線が所定領域内で求められ
る。これは、複数回、種々の投影で繰り返される。得ら
れた位相曲線は、FIT-方法で分析され、それにより、磁
場分布を記述する球面調和関数の係数が決められる。そ
れにより、個別のシムコイルに供給すべき電流を求める
ことができる。
の際、次のような問題点が生じる。即ち:通常のプロト
ン画像形成による生物学的組織の検査の際には、水分子
に基づく優勢な信号成分の他に、脂肪に結合したプロト
ンに基づく信号成分も現れる。この脂肪プロトンは、そ
の種々異なる化学的結合に基づいて、水プロトンに比べ
て少し異なった共鳴周波数を有している。マグネットの
磁場強度が 1.5 T である場合、脂肪プロトンと水プロ
トンとの間の周波数偏差は、例えば、ほぼ110 Hz であ
る。脂肪信号と水信号との各周波数の差異に起因する周
波数偏移(シフト)と、磁場の不均一性に起因する周波数
偏移とを確実に区別したい場合、アクティブシムプロシ
ージャの開始前に既に、観察体積体全体にわたって、磁
場の不均一性に起因する周波数偏移が 110 Hz より大き
くてはいけない。しかし、これは、過酷な条件であり、
実際には、殆ど達成できない。
に記載したような方法及び装置において、上述のような
問題点を考慮して、改善されたシム調整が可能であるよ
うにすることである。
ると、請求項1 の各要件により解決される。
リックスで作動するのではなく、順次連続する二つのパ
イクセル間の位相差が評価されるので、上述のような問
題点は、実際には、殆ど完全になくなる。つまり、この
場合に、順次連続する二つのパイクセル間の共鳴周波数
に、冒頭に記載したような 110 Hz の周波数差がある場
合にも水-脂肪の化学シフトを磁場不均一性による位相
ずれから選び出すことができる。従って、本発明の方法
は、磁場不均一度の極めて大きな出力値の場合でも作動
する。つまり、本発明の方法では、パイクセル毎、共鳴
周波数の所定の偏差を許容することができるのに対し
て、冒頭に記載したような方法では、観察体積体全体に
亘る偏差が生じてしまう。
用いて詳細に説明する。
いて、核磁気共鳴信号での局所分解は、1 T の大きさの
均一な基底静磁場に直線磁場グラジエントを重畳するこ
とによって行われている。画像形成の原理は、例えば、
論文 Bottomley 著“NMR imaging techniques and appl
ications: A review” Review ofScientific Instrumen
tation, 53 (9), 9/82、1319〜1337頁に説明されてい
る。
エントは、三つの、有利には、相互に垂直に位置してい
る方向に発生しなければならない。図1及び2では、そ
れぞれ一つの直交座標x,y,z(その都度のグラジエ
ントの方向を示す)が示されている。図1には、y方向
での磁場グラジエントGyの形成用のグラジエントコイ
ルの従来技術の構成が略示されている。グラジエントコ
イル2は、支持チューブ1に取り付けられた鞍形コイル
として構成されている。導体部2aは、球状被検体積領
域11の内部に、極めて一定の磁場グラジエントGyを
y方向に発生する。帰還導体は、それが被検体積領域1
1から比較的大きく離れているので、そこには無視しう
る程度の成分しか発生しない。x磁場グラジエント用の
グラジエントコイルは、y磁場グラジエント用のグラジ
エントコイル2と同じに構成されており、ただ支持チュ
ーブ1に対して90度方位角方向に回転されている。そ
れ故、分かり易くするために、図1には示していない。
れており、同様に鞍形コイルとして構成されている。シ
ムコイル4〜6は、略示したにすぎない。シムコイルの
仕様についての詳細は、例えば、米国特許第3569823号
明細書に記載されている。各シムコイル4〜6には、そ
れぞれ一つの電流給電部SH1〜SH3が配属されてお
り、夫々シムコイル4〜6に電流I1〜I3を給電す
る。電流I1〜I3は、計算ユニットCを介して制御可
能である。
ントコイル3が、図2に略示されている。コイルは、環
状に構成されており、被検体積領域11の中心点に対し
て対称的に配設されている。図2に示されている形式の
両個別コイル3a及び3bは、相互に逆方向に電流が流
されるので、z方向に磁場グラジエントが生じる。更
に、図2(略示されている)では、この場合、別の環状
シムコイル7〜9が示されており、同様に、電流給電部
SH4〜SH6を介して電流I4〜I6が給電される。
電流I4〜I6は、計算ユニットCにより制御可能であ
る。
ル2,3用の電流給電部Vが略示されている。それぞれ
グラジエントコイル2,3を流れる電流Iは、測定系列
を設定するパルス発生器P及び電流用センサOによって
決まり、その際、パルス発生器P及びセンサOの出力信
号は、オフセット電流の重畳のために加算される。セン
サOは、同様に計算ユニットCにより制御される。
が略示されており、これらの構成要素は、図1では、分
かりやすくするために省略されている。アンテナ15
で、高周波信号が被検対象に照射され、核磁気共鳴信号
もこのアンテナから受信される。送-受信ユニット16
では、送信信号が発生され、受信された核磁気共鳴信号
が位相に応じて復調される。復調された核磁気共鳴信号
は、評価回路17で評価され、その際、一方では、モニ
タ18に示される画像情報、他方では、必要なシム調整
についての情報が評価され、この情報は、計算ユニット
Cにおいて、シム電流に変換される。
ここで専ら関心のある、磁場の軸方向成分Bzは、次の
ように示される。
の球座標であり、Rは、画像形成すべき体積体の半径で
あり、P(n,m)は、n次の相応のルジャンドルの多
項式であり、次数m及びA(n,m)及びB(n,m)
は、球調和関数の係数である。係数A(0,0)は、均
一基底磁場を示し、その他の全ての係数は、均一度の偏
差を示す。既に引用した米国特許第3569823号明細書で
説明されているように、シムコイルは、実質的に、これ
らの係数に影響を与え、つまり、この係数に相応する磁
場の妨害を補償するように構成することができる。
イルが設けられ、その結果、球調和関数の前述の、相応
の数の係数だけを零に設定することができる。核スピン
トモグラフィ及びスペクトロスコピでは、高度な条件の
場合、一般に、9つの非直線シムコイルが用いられ、そ
の結果、3つのグラジエントコイルと共に、12個の球
係数(磁場分布を大抵妨害する)を零にすることができ
る。
している磁場の特性を確認する必要がある。
エントエコー系列によって行うことができる。図3aの
励起後、核スピンがz及びx方向で位相エンコードグラ
ジエントGz及びGyによって位相エンコードされる。
更に、第1の系列では、グラジエントGxが、先ず、負
の方向に印加され、それから、正の方向に印加される。
従って、時点t1では、核スピンのリフェージングに基
づいて、第1のグラジエントエコー信号S1が形成され
る。その際、時点t1は、次の条件によってしめされ
る。即ち:
ントGzの種々異なったM個の値及び位相エンコードグ
ラジエントGyの種々異なったN個の値に対して繰り返
され、その結果、最終的に、N・M個の測定値が得られ
る。測定値は全て、P回サンプリングされて、デジタル
化される。デジタル化された値は、その位相係数に相応
して大きさM・N・Pの三次元マトリックス内にソート
されて、記録される。その様にして得られた核磁気共鳴
信号は、印加されたグラジエントに依存するのみなら
ず、磁場の不均一度も示す。磁場測定のためには、それ
ぞれの信号の位相しか重要でないので、サンプリングさ
れた各信号に対して、位相値だけをローデータマトリッ
クス内に記録すれば十分である。その様なローデータマ
トリックスは、図5に略示されており、RD1で示され
ている。
ここでは、信号S2が、後のエコー時点t2で得られ
る。こうすることにより、図3dに示されているように、
グラジエントGx′の正の部分を小さくすることがで
き、その結果、リフェージング条件は後者の場合に満た
される。それ以外では、測定パラメータは、全て、先行
の系列と同一である。第2の系列の繰り返しにより、第
2のローデータマトリックスRD2が得られる。このロ
ーデータマトリックスの場合、磁場の不均一性は、位相
φ2に比較的強く作用する。というのは、比較的長いエ
コー時間t2のために、磁場の不均一性が比較的長く作
用するからである。
に、画像形成用の局所分解能よりも低い局所分解能しか
必要ないことは明らかである。例えば、各空間方向に対
して32パイクセル、つまり、32×32×32の大き
さのローデータマトリックスRD1乃至RD2で、一般
的には十分である。
2を得るためには、必ずしも2つのパルス系列が必要と
は限らず、単一励起後、異なったエコー時間の2つの信
号を供給するパルス系列もある。例として、図4a〜eに
は、米国特許公開第4825159号公報に詳しく説明
されているようなパルス系列が示されている。その際、
いわゆる定常状態(Steady-State)系列が使われており、
即ち、図4aの高周波パルスRFの繰り返し時間は、緩和
時間T1,T2よりも短い。三次元の局所エンコーディ
ングでの通常のグラジエントエコー系列の場合のよう
に、励起後、二つの位相エンコーディンググラジエント
Gz,Gy並びに負のグラジエントGx1がスピンのデ
ィフェージングのために印加される。続いて、正のグラ
ジエントGx2が印加され、その下で、スピンがリフェ
ージングされ、第1のエコー信号S1が第1のエコー時
間t1で供給される。次の高周波パルスRFの照射の前
に、この場合、更に別の正のグラジエントGx3がx-
方向に印加され、その下で、第2の信号S2がエコー時
間t2で形成される。最後に、全てのグラジエントが、
次の高周波パルスRFn+1が照射される前に、第1の
高周波パルスRFnの後リセットされる。この系列の正
確な作用形式に関しては、既述の米国特許公開第482
5159号公報に記載されている。
マトリックスRD1及びRD2が得られ、そのマトリッ
クス内の三次元の分解能を持ったk-空間内に、核磁気
共鳴信号の位相φ1乃至φ2が記録され、その信号は、種
々異なったエコー時間に基づいて、種々異なった、磁場
不均一性への依存度を有している。
クスは、三次元フーリエ変換(FFT:高速フーリエ変
換)され、フーリエ変換されたローデータマトリックス
から位相差が形成される。ローデータセット(RD1,
RD2)は、得られた核磁気共鳴信号のエコー時間によ
ってしか区別されないので、この位相差に基づいて、M
・N・P個のパイクセルの位相差マトリックスPDが得
られ、これらのパイクセルの夫々一つには、磁場不均一
性に依存する位相φ′が配属されている。この点まで
は、既述の方法が公知である。しかし、公知技術との相
違点では、位相差マトリックスは、直接使用されず、順
次連続する二つのパイクセルの位相差が求められる。こ
れは、図5に示されているように、三つの空間方向x,
y,zで行なわれる。それにより、三つの位相誤差デー
タセットbx,by,bzが得られる。このデータセッ
トの夫々は、先ず、M・N・P個のパイクセルのマトリ
ックスを示す。
ャネル用の調整値を得るためには、各シムチャネル内の
所定の電流が位相差に与える影響の程度(位相誤差デー
タセットbx,by,bzで示される)を求める必要が
ある。それ故、本来の測定の前に、基準測定を行わなけ
ればならず、その際、シム電流を流した状態での位相差
データセットとシム電流を流さない状態での位相差デー
タセットとが測定される。それから、差形成に基づい
て、各シムチャネルに対して、所定電流が位相誤差デー
タセットbx,by,bzに与える影響の程度を規定す
ることができる。この影響については、図6に略示した
マトリックスAの形式で示されている。このマトリック
スAは、例えば、各列がシムチャネルに相応し、それ
故、Q個のシムチャネルの場合、Q個の列がある。各行
には、それぞれのシムチャネルが位相誤差データセット
bx,by,bz内のパイクセルに及ぼす影響量を示す
係数が配置されている。この位相誤差データセットのそ
れぞれがM・N・P個のパイクセルを有しているので、
マトリックスAは、全部で3・M・N・P・Q個の値を
有していなければならない。
回しか測定する必要はなく、装置を変更しない限り、一
定である。
めには、位相誤差データセットbx,by,bzの検出
後、次の方程式系を解く必要がある。即ち: A・I→ = b→その際、I→ は、求めるべきシム電流
のベクトルを示し、b→ は、測定された位相誤差デー
タセットbx,by,bzの全ての位相差を含んでいる
位相ベクトルを示す。つまり、実施例では、位相ベクト
ル b→ は、3・M・N・Pの長さを有している。
自乗法、即ち、求めるべきシム電流のベクトル A ・I
→ − b→ の自乗偏差の最小を形成することによって
シム電流を決めることができる。即ち: min‖ AI→ − b→ ‖2多くの用途の場合、シム調整
は、被検対象全体に亘って行われるのではなく、一部分
領域、例えば、選択されたスライスに亘ってのみ行われ
る。このデータセットの評価の際、フーリエ変換された
三次元データセット全体を処理するのではなく、このデ
ータセットの、シム調整すべき部分領域に対応したパイ
クセルだけを処理するようにして、この評価方法を短縮
することができる。そのようにして、比較的少ない相応
のデータボリュームを処理しさえすればよい。
の信号のために、シムプロシージャの開始前に出力磁場
の均一度に極端に高い条件を立てずに、マグネット装置
をシム調整することができるようになる。
は、両ローデータセットRD1,RD2の形成の際、エ
コー時間の差Δte = t2 − t1 を、脂肪結合プロトンの
信号と水結合プロトンの信号とが同じ位相状態になるよ
うに設定ことによって除去することができる。つまり、
1.5 T の基底磁場の場合、例えば、エコー時間の差が4.
7 ms の場合に達成される。
周波数に、 110 Hz の周波数差がある場合にも水-脂肪
の化学シフトを磁場不均一性による位相ずれから選び出
すことができるので、磁場不均一度の極めて大きな出力
値の場合でも作動する。つまり、パイクセル毎に、共鳴
周波数の所定の偏差を許容することができる。
ス系列の第一の実施例を示す図
ス系列の第二の実施例を示す図
過を示す図
置 29〜31 記憶装置 C 計算ユニット O センサ P パルス発生器 V 電流給電部 SH1〜SH6 シムチャネル RD1,RD2 三次元マトリックス bx,by,bz 位相誤差データセット PD 三次元位相差マトリックス iS シムチャネル用の電流 A マトリックス
Claims (9)
- 【請求項1】 少なくとも一つのシムチャネルを備えた
核スピントモグラフ装置のマグネット装置のシム調整方
法において、 a) 各シムチャネル(SH1〜SH6)に対して、単
位電流が、ステップe)による位相誤差データセット
(bx,by,bz)の各パイクセルに及ぼす作用を示
すマトリックスAを決めるステップ、 b) 三次元マトリックスの位相が磁場の不均一度に対
して種々異なった感度を有している二つの当該三次元マ
トリックス(RD1,RD2)の形式で、二つの、局所
分解三次元核磁気共鳴ローデータセットを決めるステッ
プ、 c) 三次元フーリエ変換を行うステップ、 d) フーリエ変換された核磁気共鳴ローデータセット
の相応の各パイクセル間の位相差を求め、三次元位相差
マトリックス(PD)を求めるステップ、 e) 少なくとも一つの空間方向(x,y,z)での前
記位相差マトリックス(PD)の順次連続する各パイク
セル間の位相差を求め、空間方向毎に前記位相誤差デー
タセット(bx,by,bz)を形成するステップ、 f) 測定された前記位相誤差データセット(bx,b
y,bz)及び所定のマトリックスAに基づいて各シム
チャネル用の電流iSを決めるステップ、 g) 個別シムチャネルに前記電流iSを用いるステッ
プとを有する核スピントモグラフ装置のマグネット装置
のシム調整方法。 - 【請求項2】 ステップe)で、位相差を相互に垂直な
三つの空間方向(x,y,z)で決める請求項1記載の
方法。 - 【請求項3】 ステップc)による相応のパイクセルの
位相差をフーリエ変換されたローデータセットの共役複
素乗算により実行する請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】 シムチャンネル用の電流iSを量A・i
→−b→の自乗偏差を最小にすることによって決め、そ
の際、個別シム電流iS及び位相誤差データセット(b
x,by,bz)をベクトル(i→,b→)の形式で示
す請求項1〜3までのいずれか1記載の方法。 - 【請求項5】 フーリエ変換された三次元核磁気共鳴ロ
ーデータセット(RD1,RD2)から、試料のシム調
整すべき部分領域に対応付けられた部分量だけを用いる
請求項1〜4までのいずれか1記載の方法。 - 【請求項6】 両核磁気共鳴データセット(RD1,R
D2)を種々異なったエコー時間(TE1,TE2)を
持った二つのグラジエントエコー系列に基づいて形成す
る請求項1〜5までのいずれか1記載の方法。 - 【請求項7】 核磁気共鳴ローデータセット(RD1,
RD2)を得るために、種々異なったエコー時間(T
E1,TE2)を持った二つのグラジエントエコー信号
(S1,S2)が生じるパルス系列を用いる請求項1〜
5までのいずれか1記載の方法。 - 【請求項8】 両エコー時間(TE1,TE2)の差
(ΔTE)を、脂肪核磁気共鳴信号のグラジエントエコ
ーと水核磁気共鳴信号のグラジエントエコーとが同位相
になるように選定した請求項6又は7記載の方法。 - 【請求項9】 少なくとも一つのシムチャネルを備えた
核スピントモグラフ装置のマグネット装置のシム調整方
法を実施する装置であって、 a) 各シムチャネル(SH1〜SH6)に対して、単
位電流が、ステップe)による位相誤差データセット
(bx,by,bz)の各パイクセルに及ぼす作用を示
すマトリックスAを決めるステップ、 b) 三次元マトリックスの位相が磁場の不均一度に対
して種々異なった感度を有している二つの当該三次元マ
トリックス(RD1,RD2)の形式で、二つの、局所
分解三次元核磁気共鳴ローデータセットを決めるステッ
プ、 c) 三次元フーリエ変換を行うステップ、 d) フーリエ変換された核磁気共鳴ローデータセット
の相応の各パイクセル間の位相差を求め、三次元位相差
マトリックス(PD)を求めるステップ、 e) 少なくとも一つの空間方向(x,y,z)での前
記位相差マトリックス(PD)の順次連続する各パイク
セル間の位相差を求め、空間方向毎に位相誤差データセ
ット(bx,by,bz)を形成するステップ、 f) 測定された前記位相誤差データセット(bx,b
y,bz)及び所定のマトリックスAに基づいて各シム
チャネル用の電流iSを決めるステップ、 g) 個別シムチャネルに前記電流iSを用いるステッ
プとを有する核スピントモグラフ装置のマグネット装置
のシム調整方法を実施する装置において、 h)少なくとも一つのシムチャンネル(SH1〜SH
6)、 i)種々異なったエコー時間の核磁気共鳴信号(S1,
S2)を収集するための信号収集装置(16,17)、 j)核磁気共鳴信号の位相応動復調手段、 k)核磁気共鳴信号に基づいてローデータ(RD1,R
D2)を記憶するための二つのメモリ装置(20,2
1)、 l)ローデータのフーリエ変換用フーリエ変換装置(2
2,23)、m)フーリエ変換されたローデータ(RD
1,RD2)から位相の差(Δφ)を形成して、別のメ
モリ装置(25)内に位相差マトリックス(PD)を形
成するための装置(24)、 n)位相差マトリックス(PD)内の、少なくとも一方
向に順次連続する、それぞれ二つのパイクセル間の差を
形成して、メモリ装置(29〜31)内に位相誤差デー
タセット(bx,by,bz)を形成するための装置
(26〜28)、 o)前記位相誤差データセット(bx,by,bz)及
びメモリ内に記憶された装置特有の値に基づいて個別シ
ムチャンネル用のシム電流を決めるための計算ユニット
(C)が設けられていることを特徴とする核スピントモ
グラフ装置のマグネット装置のシム調整方法を実施する
装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19511791A DE19511791C1 (de) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | Verfahren zur Shimmung eines Magnetsystems eines Kernspintomographen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
DE19511791.3 | 1995-03-30 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08275929A JPH08275929A (ja) | 1996-10-22 |
JP3402916B2 true JP3402916B2 (ja) | 2003-05-06 |
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---|---|---|---|
JP07923496A Expired - Lifetime JP3402916B2 (ja) | 1995-03-30 | 1996-04-01 | 核スピントモグラフ装置のマグネット装置のシム調整方法及び方法を実施する装置 |
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Country | Link |
---|---|
US (1) | US5614827A (ja) |
JP (1) | JP3402916B2 (ja) |
DE (1) | DE19511791C1 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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