JP4587846B2 - 画像生成装置および画像生成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、画像生成装置および画像生成方法に関し、特に、被検体の複数の断層面についての複数の断層画像を投影し投影画像を生成する画像生成装置および画像生成方法に関するものである。
超音波診断装置などの画像生成装置は、被検体の断層面についての断層画像を生成する。たとえば、超音波診断装置においては、超音波を被検体に送信し、その被検体から反射され受信される超音波により得られるエコー信号に基づいて、被検体の断層面についての断層画像を生成し、その断層画像を画面に表示する。超音波診断装置は、Bモード、CFM(Color Flow Mapping)モード、PWD(Pulse Wave Doppeler)モードなど様々な撮影モードがある。超音波診断装置は、画像をリアルタイムに生成して表示することができるため、特に、胎児検診や心臓検診などの医療分野において重用されている。
超音波診断装置などの画像生成装置においては、被検体の複数の断層面についての複数の断層画像を投影して投影画像を生成し、その生成した投影画像を表示する(たとえば、特許文献1参照)。
特許第3365929号
ここでは、投影画像において投影方向における画像の位置関係を正確に表示するために、新しく生成した断層画像から、これよりも前に生成した断層画像へ向かうように、順次、投影処理を行っている。このため、断層画像を生成した時間的順序と、投影方向とが一致している場合には、断層画像の生成に対応してリアルタイムに投影画像を生成することができる。
しかしながら、断層画像を生成した時間的順序と、投影方向とが一致しない場合においては、投影画像において投影方向における位置関係を正確に表示するためには、撮影領域において全ての断層面の断層画像が生成された後でなければ、投影処理が実施できない。このため、断層画像を生成した時間的順序と、投影方向とが一致しない場合には、リアルタイムに投影画像を生成することが困難であった。
このため、投影画像において投影方向における位置関係を正確に表示すると共に、この投影画像をリアルタイムに生成するためには、断層画像を生成した時間的順序と、投影方向とを一致させる制約があるため、効率的に投影画像を得ることが困難な場合があった。
したがって、本発明の目的は、投影画像において投影方向における位置関係を正確に表示すると共に、この投影画像をリアルタイムに生成する際において、断層画像を生成した時間的順序と、投影方向とを一致させる制約をなくし、効率的に投影画像を得ることが可能な画像生成装置および画像生成方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の画像生成装置は、被検体の第1方向において異なる位置に並ぶ複数の断層面についての複数の断層画像を、前記第1方向へ向かうように順次生成する断層画像生成部と、前記断層画像生成部が生成した順序で前記複数の断層画像を処理することによって、前記複数の断層画像における画素の特定値が前記第1方向の反対方向である第2方向へ投影処理された投影画像を順次生成する投影画像生成部とを有する画像生成装置であって、前記投影画像生成部は、前記複数の断層画像においての画素値が第1閾値に達した時点から、前記複数の断層画像においての画素値が前記第1閾値を超えた後に第2閾値に達した時点までの間に、前記複数の断層画像においての前記特定値を前記第2方向へ順次投影し、前記投影した特定値によって前記投影画像を順次生成する。
上記目的を達成するために、本発明の画像生成方法は、被検体の第1方向において異なる位置に並ぶ複数の断層面についての複数の断層画像を、前記第1方向へ向かうように順次生成する第1ステップと、前記第1ステップにて生成された順序で前記複数の断層画像を処理することによって、前記複数の断層画像における画素の特定値が前記第1方向の反対方向である第2方向へ投影された投影画像を順次生成する第2ステップとを有する画像生成方法であって、前記第2ステップにおいては、前記複数の断層画像においての画素値が第1閾値に達した時点から、前記複数の断層画像においての画素値が前記第1閾値を超えた後に第2閾値に達した時点までの間に、前記複数の断層画像においての前記特定値を前記第2方向へ順次投影し、前記投影した特定値によって前記投影画像を順次生成する。
本発明によれば、投影画像において投影方向における位置関係を正確に表示すると共に、この投影画像をリアルタイムに生成する際において、断層画像を生成した時間的順序と、投影方向とを一致させる制約をなくし、効率的に投影画像を得ることが可能な画像生成装置および画像生成方法を提供することができる。
本発明にかかる実施形態について説明する。
図1は、本発明にかかる実施形態において、超音波診断装置1の全体構成を示すブロック図である。
図1に示すように、超音波診断装置1は、超音波プローブ11と、送受信部12と、画像生成部13と、記憶部14と、表示部121と、制御部301と、操作部302とを有する。超音波診断装置1は、超音波プローブ11から被検体へ超音波を送信する。そして、超音波診断装置1は、その被検体から反射される超音波を超音波プローブ11で受信することによって、エコー信号を得る。そして、超音波診断装置1は、そのエコー信号に基づいて、被検体の断層についての画像を生成し、その後、その画像を表示する。
超音波診断装置1の各部について、順次、説明する。
超音波プローブ11は、複数の超音波振動子がマトリクス状に均等に配列されて形成されている。超音波プローブ11において超音波振動子は、たとえば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)セラミックスなどにより構成されており、電気信号を音波に変換して送信し、そして、受信した音波を電気信号に変換する。超音波プローブ11は、超音波振動子が形成された面を被検体の表面に当接して使用される。ここでは、超音波プローブ11は、制御部301からの指令によって送受信部12から送信される駆動信号に基づいて、超音波振動子から超音波を被検体内に送信する。そして、その超音波が送信された被検体内から反射される超音波を受信して、エコー信号を出力する。
送受信部12は、超音波を送受信する送受信回路を含むように構成されている。送受信部12は、超音波プローブ11に接続されており、制御部301からの指令に基づいて、超音波プローブ11の超音波振動子が超音波を被検体へ送信し、その被検体から反射される超音波を超音波振動子で受信してエコー信号を得る。たとえば、送受信部12は、電子コンベックス走査方式でスキャンを実施する。そして、送受信部12は、生成したエコー信号を画像生成部13に出力する。具体的には、送受信部12は、超音波ビームを移動させてスキャンするように、超音波プローブ11の超音波振動子を、順次、切り替えて超音波を受信し、その受信した超音波のよるデータに増幅、遅延、加算などの処理を実施してエコー信号を生成し、画像生成部13に出力する。本実施形態においては、被検体において異なる位置であって第1方向X1に並ぶ複数の断層面について、順次、超音波でスキャンし、このスキャンにより得られたエコー信号を画像生成部13へ出力する。
画像生成部13は、たとえば、コンピュータと、このコンピュータに動作を実施させるためのプログラムとを含み、送受信部12により得られるエコー信号に基づいて、被検体の画像を生成する。画像生成部13は、図1に示すように、断層画像生成部131と、投影画像生成部132とを有し、断層画像と投影画像とを生成する。
画像生成部13の断層画像生成部131は、制御部301からの指令に基づいて、送受信部12からのエコー信号を画像処理し、被検体の断層面についての画像を生成する。たとえば、断層画像生成部131は、送受信部12が出力するエコー信号を対数増幅した後に包絡線を検波して、Bモードによる画像を生成する。また、断層画像生成部131は、CFMモード、PWD(パワードップラ)モードなど様々な動作モードに対応させて、被検体の画像を生成する。詳細については後述するが、本実施形態においては、被検体において異なる位置であって第1方向X1に並ぶ複数の断層面についての複数の断層画像を、その第1方向X1へ向かうように、順次、リアルタイムに生成する。そして、断層画像生成部131は、記憶部14に接続されており、生成した断層画像を、順次、記憶部14に出力して記憶させる。また、断層画像生成部131は、投影画像生成部132に接続されており、この生成した断層画像を、順次、投影画像生成部132に出力する。
画像生成部13の投影画像生成部132は、断層画像生成部131が生成した複数の断層画像を、断層画像生成部131が生成した順序で処理することによって、この複数の断層画像における画素の特定値Tが第1方向の反対方向である第2方向へ投影された投影画像を順次生成する。詳細については後述するが、投影画像生成部132は、断層画像生成部131が生成した順序で複数の断層画像を処理する際には、その複数の断層画像においての画素値が第1閾値に達した時点から、その複数の断層画像においての画素値が第1閾値を超えた後に第2閾値に達した時点までの間に、複数の断層画像においての特定値を第2方向へ順次投影し、その投影した特定値によって投影画像を順次生成する。たとえば、投影画像生成部132は、この特定値として最大値を投影し、この投影した最大値によって投影画像を生成する。この場合においては、投影画像生成部132は、第1閾値を第2閾値よりも大きくなるように設定して処理を実施し、投影画像を生成する。そして、投影画像生成部132は、記憶部14に接続されており、この生成した投影画像を、順次、記憶部14に出力して記憶させる。なお、投影画像生成部132は、特定値として最小値を投影し、その投影した最小値により投影画像を生成してもよい。この場合においては、投影画像生成部132は、第1閾値を第2閾値よりも小さくなるように設定して処理を実施し、投影画像を生成することが好ましい。
記憶部14は、たとえば、シネメモリとHDDとを含むように構成されており、画像生成部13により生成された画像を記憶する。記憶部14は、画像生成部13と接続されており、制御部301からの指令に基づいて、画像生成部13により生成される画像をシネメモリで一時的に記憶した後、HDDに出力して記憶する。たとえば、記憶部14は、シネメモリに2分間分の動画像に相当するフレームの画像を記憶し、その2分間分の動画像についてのフレームの画像をHDDに出力して記憶する。本実施形態においては、断層画像生成部131により順次生成された複数の断層画像と、投影画像生成部132により順次生成された複数の投影画像とを記憶する。また、記憶部14のシネメモリは、表示部121に接続されており、シネメモリが記憶した動画像のフレームを、順次、表示部121へ出力して、表示部121に画像をリアルタイムに表示させる。本実施形態においては、断層画像生成部131により順次生成された複数の断層画像と、投影画像生成部132により順次生成された複数の投影画像とを、順次、表示部121へ出力して、表示部121に画像を表示させる。そして、記憶部14のHDDも同様に、表示部121に接続されており、オペレータによって操作部302に入力される指令に基づいて、HDDが記憶した動画像のフレームである画像の画像データを表示部121に出力し、表示部121がその画像を表示する。
表示部121は、画像生成部13により生成された画像を、記憶部14から取得して表示する。表示部121は、たとえば、グラフィックディスプレイ(graphic display)と、DSC(Didital Scan Converter)とを含む。表示部121は、記憶部14に接続されており、制御部301からの指令に基づいて、記憶部14のシネメモリが記憶する画像をDSCにより表示信号に変換し、グラフィックディスプレイの表示画面に、画像生成部13が生成した画像をリアルタイムに表示する。本実施形態においては、表示部121は、断層画像生成部131により順次生成された複数の断層画像と、投影画像生成部132により順次生成された複数の投影画像とのデータを、記憶部14を介して受けて、表示面に画像を表示させる。また、表示部121は、記憶部14のHDDに接続されており、オペレータにより操作部302に入力される指令に基づいて、HDDが記憶した動画像のフレームである画像の画像データを受けて、その画像を画面に表示する。
制御部301は、たとえば、コンピュータとプログラムとにより構成されており、各部にそれぞれ接続されている。制御部301は、操作部302からの操作信号に基づいて各部に制御信号を与え動作を制御する。
操作部302は、たとえば、キーボード(keyboard)、タッチパネル(touch panel)、トラックボール(track ball)、フットスイッチ(foot swich)、音声入力装置などの入力装置により構成されている。操作部302は、オペレータからの操作情報が入力され、それに基づいて制御部301に指令を出力する。
なお、上記の実施形態において、画像生成部13は、本発明の画像生成装置に相当する。
また、上記の実施形態において、断層画像生成部131は、本発明の断層画像生成部に相当する。また、上記の実施形態において、投影画像生成部132は、本発明の投影画像生成部に相当する。
以下より、本発明にかかる実施形態における画像生成方法を説明する。本実施形態においては、超音波診断装置1を用いて被検体をスキャンし、この被検体の断層面についての画像を生成する。
図2と図3とは、本発明にかかる実施形態において、画像を生成する動作を説明するための図ある。ここで、図2は、本発明にかかる実施形態において、画像を生成する動作を示すフロー図である。一方、図3は、本発明にかかる実施形態において、生成される複数の断層画像における画素値Vの推移を示す図であり、縦軸が画素値Vであり、横軸が撮像位置xと時間tとを示している。また、図3においては、後述する投影処理の投影方向Proを矢印で示している。
図2に示すように、まず、超音波による被検体のスキャンを実施する(S11)。
ここでは、被検体において異なる位置であって第1方向X1に並ぶ複数の断層面について、順次、超音波プローブ11が超音波でスキャンする。本実施形態においては、図3に示すように、投影方向Proと反対の方向である第1方向X1へ順次スキャンする。たとえば、オペレータに対して、奥側の断層面から手前側へ向かうように、複数の断層面を順次スキャンする。そして、このスキャンにより得られたエコー信号を送受信部12が画像生成部13へリアルタイムに出力する。
つぎに、図2に示すように、断層画像の生成を行う(S21)。
ここでは、制御部301からの指令に基づいて、画像生成部13の断層画像生成部131が送受信部12からのエコー信号をリアルタイムに画像処理し、被検体の断層面についての断層画像を順次生成する。本実施形態においては、図3に示すように、被検体において異なる位置であって第1方向X1に並ぶ複数の断層面についての複数の断層画像を、その第1方向X1へ向かうように、順次、リアルタイムに生成する。そして、その生成した断層画像を、断層画像生成部131が、順次、記憶部14に出力して記憶させる。また、この生成した断層画像を、順次、断層画像生成部131が投影画像生成部132に出力する。
つぎに、図2に示すように、投影画像の生成を行う(S31)。
ここでは、断層画像生成部131が生成した順序で複数の断層画像を投影画像生成部132が処理することによって、この複数の断層画像における画素の特定値が第1方向X1の反対方向である第2方向X2を投影方向Proとして投影された投影画像を、順次、リアルタイムに生成する。つまり、スキャンした方向と逆に、オペレータの手前側の断層面から奥側へ向かうように、投影画像生成部132がMIP処理する。
具体的には、図3に示すように、断層画像の生成を開始した開始時点t0の後であって、複数の断層画像においての画素値Vが第1閾値TH1に到達した第1閾値到達時点T11から、第1閾値TH1を超えた後に第2閾値TH2に達した第2閾値到達時点T12までの間においては、複数の断層画像においての最大値を特定値として第2方向X2へ順次投影し、その投影した最大値によって投影画像を順次生成する。
つまり、図3に示すように、第1閾値到達時点T11から、この第1閾値到達時点T11と第2閾値到達時点T12の間での複数の断層画像において第2方向X2へ投影処理した際に画素値Vが最大値Vmax1となる最大値到達時点Tmax1までの間においては、この間の各時点にて生成された各断層画像においての画素値Vを順次比較して大きい場合に、最大値としての特定値を更新し記憶する。ここでは、この処理を断層画像の各画素について実施する。そして、各画素について更新された特定値によって投影画像を順次生成する。
そして、最大値到達時点Tmax1から、第2閾値到達時点T12までの間においては、この間の各時点にて生成された断層画像においての画素値Vが最大値到達時点Tmax1での画素値Vmax1より大きくないため、最大値到達時点Tmax1での画素値Vmax1を特定値として保持する。そして、この間においては、最大値到達時点Tmax1での画素値Vmax1で投影画像を順次生成する。
そして、第2閾値到達時点T12から、次の第1閾値到達時点T21までの間においては、投影処理を実施せずに、最大値到達時点Tmax1での画素値Vmax1を特定値として保持し、最大値到達時点Tmax1での画素値Vmax1で投影画像を順次生成する。
そして、つぎの第1閾値到達時点T21から第2閾値到達時点T22までの間においては、先の第1閾値到達時点T11から第2閾値到達時点T12までの間の場合と同様にして投影処理を実施して投影画像を順次生成する。つまり、第1閾値到達時点T21から第2閾値到達時点T22の間での複数の断層画像において第2方向X2へ投影処理した際に画素値Vが最大値Vmax2となる最大値到達時点Tmax2までの間においては、この間の各時点にて生成された各断層画像においての画素値Vを順次比較して大きい場合に、最大値としての特定値を更新し記憶する。すなわち、第1閾値TH1を超えた後に第2閾値TH2に達した後に、再度、第1閾値TH1を超えた場合には、それまでの投影結果を破棄し、同様の投影処理を続ける。そして各画素について更新された特定値によって投影画像を順次生成する。また、最大値到達時点Tmax2から第2閾値到達時点T22までの間においては、この間の各時点にて生成された断層画像においての画素値Vが最大値到達時点Tmax2での画素値Vmax2より大きくないため、最大値到達時点Tmax2での画素値Vmax2を特定値として保持する。そして、この間においては、最大値到達時点Tmax2での画素値Vmax2で投影画像を順次生成する。
このようにして、投影画像生成部132が投影画像を生成し、順次、記憶部14に出力して記憶させる。
つぎに、図2に示すように、投影画像の表示を実施する(S41)。
ここでは、画像生成部13により生成された画像を、表示部121が記憶部14から取得してリアルタイムに表示する。
具体的には、図3に示すように、第1閾値到達時点T11から最大値到達時点Tmax1までの間においては、この間の各時点にて生成された各断層画像においての画素値Vを順次比較し大きい場合に更新された特定値よって、順次生成された投影画像を表示する。また、最大値到達時点Tmax1から、第2閾値到達時点T12までの間においては、最大値到達時点Tmax1での画素値Vmax1を特定値として生成された投影画像を順次生成する。そして、第2閾値到達時点T12から、次の第1閾値到達時点T21までの間においても、最大値到達時点Tmax1での画素値Vmax1を特定値として生成された投影画像を順次表示する。また、つぎの第1閾値到達時点T21から第2閾値到達時点T22までの間においては、先の第1閾値到達時点T11から第2閾値到達時点T12までの間の場合と同様にして生成された投影画像を順次表示する。
図4は、超音波診断装置が生成した被検体の断層面についての断層画像を示す図である。ここで、図4においては、図4(a)が本実施形態によって得られた断層画像であり、図4(b)が通常のMIP処理により得られた断層画像であり、図4(c)が参考文献の発明により得られた断層画像である。
図4(a),(b),(c)の点線部分において示すように、本実施形態においては、血管部分の画像が、適正な位置である手前側に位置するように観察される。
以上のように、本実施形態においては、被検体において異なる位置であって第1方向X1に並ぶ複数の断層面についての複数の断層画像を、断層画像生成部131が、その第1方向X1へ向かうように順次生成する。そして、断層画像生成部131が生成した順序で、その複数の断層画像を処理することによって、その複数の断層画像における画素の特定値が第1方向X1の反対方向である第2方向X2へ投影処理された投影画像を投影画像生成部132が順次生成する。ここでは、投影画像生成部132は、その複数の断層画像においての画素値Vが第1閾値TH1に達した第1閾値到達時点から、その複数の断層画像においての画素値が第1閾値TH1を超えた後に第2閾値TH2に達した第2閾値到達時点までの間に、その複数の断層画像においての特定値を第2方向X2へ順次投影し、その投影した特定値によって投影画像を順次生成する。このため、本実施形態は、投影画像において投影方向における位置関係を正確に表示すると共に、この投影画像をリアルタイムに生成する際において、断層画像を生成した時間的順序と、投影方向とを一致させる制約をなくし、効率的に投影画像を得ることが可能になる。
また、本実施形態においては、投影画像生成部132は、特定値として最大値を投影し、その投影した最大値により投影画像を生成する。ここでは、投影画像生成部132は、第1閾値TH1が第2閾値TH2よりも大きくなるように設定して処理を実施し、投影画像を生成する。このため、本実施形態は、最大値を適正に投影することができるため、効率的に投影画像を得ることが可能になる。
なお、本発明の実施に際しては、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。
たとえば、上記の実施形態においては、超音波診断装置によって生成される断層画像の場合について説明しているが、これに限定されない。たとえば、断層画像生成部は、放射線CT装置によって被検体に照射され透過した放射線を検知し得られる投影データに基づいて、断層画像を生成してもよい。また、断層画像生成部は、MRI装置によって静磁場中の被検体から得られる磁気共鳴データに基づいて、断層画像を生成してもよい。
また、上記の実施形態では、特定値として最大値を投影する場合において第1閾値が第2閾値より大きい場合について説明しているが、これに限定されない。たとえば、第1閾値が第2閾値と等しい場合や、第1閾値が第2閾値より小さい場合においても適用可能である。また、特定値として最小値を投影する場合においても同様である。
また、上記の本実施形態では、投影処理において迅速な処理を実現するために、ルックアップテーブルを用いて処理を実施してもよい。
図1は、本発明にかかる実施形態において、超音波診断装置1の全体構成を示すブロック図である。 図2は、本発明にかかる実施形態において、画像を生成する動作を示すフロー図である。 図3は、本発明にかかる実施形態において、生成される複数の断層画像における画素値Vの推移を示す図である。 図4は、超音波診断装置が生成した被検体の断層面についての断層画像を示す図である。ここで、図4においては、図4(a)が本実施形態によって得られた断層画像であり、図4(b)が通常のMIP処理により得られた断層画像であり、図4(c)が参考文献の発明により得られた断層画像である。
符号の説明
1…超音波診断装置
11…超音波プローブ
12…送受信部
13…画像生成部(画像生成装置)
14…記憶部
121…表示部
301…制御部
302…操作部
131…断層画像生成部(断層画像生成部)
132…投影画像生成部(投影画像生成部)

Claims (11)

  1. 被検体の第1方向において異なる位置に並ぶ複数の断層面についての複数の断層画像を、前記第1方向へ向かうように順次生成する断層画像生成部と、
    前記断層画像生成部が生成した順序で前記複数の断層画像を処理することによって、前記複数の断層画像における画素の特定値が前記第1方向の反対方向である第2方向へ投影処理された投影画像を順次生成する投影画像生成部と
    を有し、
    前記投影画像生成部は、前記複数の断層画像においての画素値が第1閾値に達した時点から第2閾値に達した時点までの間における前記特定値を前記第2方向へ投影して該特定値による投影画像を生成し、前記第2閾値に達した後に再度前記第1閾値に達した場合には、該第1閾値に再度達した時点から再度前記第2閾値に達した時点までの間における新たな前記特定値を前記第2方向へ投影して該特定値による投影画像を生成する
    画像生成装置。
  2. 前記投影画像生成部は、前記特定値として最大値を投影し、前記投影した最大値により前記投影画像を生成する
    請求項1に記載の画像生成装置。
  3. 前記投影画像生成部は、前記第1閾値が前記第2閾値よりも大きい
    請求項2に記載の画像生成装置。
  4. 前記投影画像生成部は、前記特定値として最小値を投影し、前記投影した最小値により前記投影画像を生成する
    請求項1に記載の画像生成装置。
  5. 前記投影画像生成部は、前記第1閾値が前記第2閾値よりも小さい
    請求項4に記載の画像生成装置。
  6. 前記投影画像生成部が生成した前記投影画像を順次表示する表示部
    を有する
    請求項1から5のいずれかに記載の画像生成装置。
  7. 前記断層画像生成部は、被検体へ送信され、反射される超音波を受信して得られるエコー信号に基づいて、前記断層画像を生成する
    請求項1から6のいずれかに記載の画像生成装置。
  8. 前記断層画像生成部は、前記断層画像として、Bモード画像,CFM画像またはパワードップラ画像を生成する
    請求項7に記載の画像生成装置。
  9. 前記断層画像生成部は、被検体に照射され透過した放射線を検知し得られる投影データに基づいて、前記断層画像を生成する
    請求項1から6のいずれかに記載の画像生成装置。
  10. 前記断層画像生成部は、静磁場中の被検体からの磁気共鳴データに基づいて、前記断層画像を生成する
    請求項1から6のいずれかに記載の画像生成装置。
  11. 被検体の第1方向において異なる位置に並ぶ複数の断層面についての複数の断層画像を、前記第1方向へ向かうように順次生成する第1ステップと、
    前記第1ステップにて生成された順序で前記複数の断層画像を処理することによって、前記複数の断層画像における画素の特定値が前記第1方向の反対方向である第2方向へ投影された投影画像を順次生成する第2ステップと
    を有し、
    前記第2ステップにおいては、前記複数の断層画像においての画素値が第1閾値に達した時点から第2閾値に達した時点までの間における前記特定値を前記第2方向へ投影して該特定値による投影画像を生成し、前記第2閾値に達した後に再度前記第1閾値に達した場合には、該第1閾値に再度達した時点から再度前記第2閾値に達した時点までの間における新たな前記特定値を前記第2方向へ投影して該特定値による投影画像を生成する
    画像生成方法。
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