JP6381884B2 - 医用画像診断装置および焦点サイズ校正方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、医用画像診断装置および焦点サイズ校正方法に関する。

Ｘ線アンギオ装置をはじめとするＸ線診断装置やＸ線ＣＴ装置などのＸ線管を備えた医用画像診断装置には、Ｘ線管の焦点サイズを変更可能なものがある。

Ｘ線管の焦点サイズは、Ｘ線撮影の対象物に対して照射される線量およびＸ線撮影により得られる画像の解像度に影響する。具体的には、焦点サイズが小さいほど線量が弱くなる一方解像度を高くすることができ、焦点サイズが大きいほど半影により解像度が落ちるが線量は多くとるこができる。このため、Ｘ線管の焦点サイズを複数設定可能あるいは任意に変更可能であると、Ｘ線撮影の対象物に応じて線量や解像度を変更することができ便利である。

特開平１１−３７９７号公報

Ｘ線管の焦点サイズを可変とする方法として、グリッド電極を有するＸ線管を用い、グリッド電圧に応じて焦点サイズを変更する方法が知られている。しかし、Ｘ線管は個体ごとに特性が異なる。また、焦点サイズの許容誤差を考慮するとグリッド電圧の変化に対する焦点サイズの変化が大きい。また、グリッド電極に電圧を印加する電源は一般に高電圧電源が用いられるため、この電源に設定された出力電圧と実際に出力される電圧とを正確に合わせることも難しい。このため、焦点サイズとグリッド電圧との関係を正確に設定することは難しい。

また、焦点サイズとグリッド電圧との関係について、医用画像診断装置の出荷時に工場にて正確に設定したとしても、Ｘ線管およびグリッド電圧制御系の経年変化により、上記関係は設定時とは異なってしまうことが多い。また、Ｘ線管の特性やグリッド電圧制御系の特性を医用画像診断装置の設置されている場所でユーザが正確に測定することは難しい。このため、医用画像診断装置の設置後にユーザによりＸ線管が交換された場合、焦点サイズとグリッド電圧との関係を校正することは極めて難しい。

本発明の一実施形態に係る医用画像診断装置は、上述した課題を解決するために、Ｘ線管、Ｘ線検出部、グリッド制御部、Ｘ線光学部、画像解析部、主制御部、および記憶部を備える。Ｘ線管は、グリッドを有し、グリッド電圧に応じて焦点サイズが変化する。Ｘ線検出部は、このＸ線管と対向する位置に設けられる。グリッド制御部は、設定グリッド電圧に応じてグリッド電圧を生成しグリッドに印加する。Ｘ線光学部は、Ｘ線管とＸ線検出部との間に設置され、Ｘ線管の焦点像をＸ線検出部に結像させる。画像解析部は、Ｘ線管から照射されてＸ線光学部を介してＸ線検出部に結像された焦点像のサイズを出力する。主制御部は、グリッド制御部に対して設定グリッド電圧を出力するとともに、出力した設定グリッド電圧に応じて結像された焦点像のサイズにもとづいてＸ線管の焦点サイズを求め、求めた焦点サイズにもとづいてグリッド電圧を校正する。記憶部は、焦点サイズと設定グリッド電圧とを関連付けた情報を記憶する。主制御部は、焦点サイズの設定情報を取得すると、この設定された焦点サイズに対応する設定グリッド電圧を記憶部から抽出してグリッド制御部に与え、Ｘ線管にＸ線光学部を介してＸ線検出部に焦点像を結像させることにより、記憶部から抽出した設定グリッド電圧に応じたＸ線管の焦点サイズを求め、求めた焦点サイズと設定された焦点サイズとの差が閾値以内になるように設定グリッド電圧を修正して再度Ｘ線管にＸ線光学部を介してＸ線検出部に焦点像を結像させて焦点サイズを求めることを繰り返し、閾値以内となった際の設定グリッド電圧と設定された焦点サイズとで、関連付けた情報を更新することにより、設定された焦点サイズに対応する設定グリッド電圧を校正する。

本発明の一実施形態に係る医用画像診断装置の一構成例を示すブロック図。 ピンホールカメラ法を利用する場合におけるＸ線光学部の断面図。 結像要素としてピンホールを用いる場合において、Ｘ線検出部に結像されたＸ線管の焦点像のサイズから焦点サイズを求める方法の一例を説明するための説明図。 図３に示す例においてＸ線検出部が出力する幅Ｗ方向および長さＬ方向のＸ線強度分布の一例を示す説明図。 Ｘ線光学部が寝台に支持される様子の一例を示す説明図。 周囲要素の像にもとづいて拡大率Ｍを算出する様子の一例を示す説明図。 Ｘ線光学部の複数のマーカの像にもとづいて拡大率Ｍを算出する様子の一例を示す説明図。 Ｗ方向およびＬ方向のそれぞれについて焦点サイズとグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬとをあらかじめ関連付けた標準特性情報の一例を示す説明図。 Ｘ線検出部の分解能を考慮した焦点像のサイズの測定方法の一例について説明するための図。 設定グリッド電圧を変更しつつ焦点サイズを求めることにより生成されるグリッド制御信号と焦点サイズとを関連付けた情報の一例を示す説明図。 設定焦点サイズに対応する設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇを求めることにより焦点サイズとグリッド電圧との関係を容易に校正する際の手順（第１の校正方法の手順）の一例を示すフローチャート。 設定グリッド電圧を変更しつつ焦点サイズを求めることで設定グリッド電圧と焦点サイズとを関連付けた情報を生成することにより、焦点サイズとグリッド電圧との関係を校正する際の手順（第２の校正方法の手順）の一例を示すフローチャート。

本発明に係る医用画像診断装置および焦点サイズ校正方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態に係る医用画像診断装置は、グリッドを有しグリッド電圧に応じて焦点サイズが変化するＸ線管を備えたＸ線ＣＴやＸ線アンギオ装置などの各種の医用画像診断装置に適用することが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る医用画像診断装置１０の一構成例を示すブロック図である。

医用画像診断装置１０は、操作コンソール１１、Ｘ線高電圧装置１２、Ｘ線管１３、Ｘ線検出部１４、Ｘ線光学部１５、画像解析部１６および記憶部１７を有する。

操作コンソール１１は、ユーザによる操作を受け付けるための操作受付部や各種画像を表示するための表示出力部を備え、ユーザによるＸ線照射条件（Ｘ線条件）や設定焦点サイズなどの入力を受け付けてＸ線高電圧装置１２に与える。

操作受付部は、たとえばキーボード、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を主制御部２１に出力する。表示出力部は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、入力受付のための画像などの各種画像を表示する。

操作コンソール１１は、たとえば一般的なパーソナルコンピュータにより構成されてもよい。操作コンソール１１がパーソナルコンピュータにより構成される場合、操作コンソール１１、画像解析部１６は同一のパーソナルコンピュータにより実現されてもよく、また記憶部１７はこのパーソナルコンピュータにより備えられた記憶媒体であってもよい。

Ｘ線高電圧装置１２は、主制御部２１、Ｘ線電源２２およびグリッド制御部２３を有する。

主制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶された焦点サイズ校正プログラムに従ってＸ線高電圧装置１２の動作を制御する。

具体的には、主制御部２１は、グリッド制御部２３に対して設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇに対応するグリッド制御信号を出力する。たとえば記憶部１７または主制御部２１の記憶媒体に焦点サイズと設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報が記憶されている場合、主制御部２１は、たとえば操作コンソール１１から与えられた設定焦点サイズに関連付けられた設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇを抽出し、この設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇに対応するグリッド制御信号をグリッド制御部２３に与える。

また、主制御部２１は、出力した設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇに応じてＸ線検出部１４に結像された焦点像のサイズを画像解析部１６から受けると、この焦点像のサイズにもとづいてＸ線管１３の焦点サイズを求める。そして、求めた焦点サイズとグリッド制御部２３に出力した設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報を生成し、記憶部１７または主制御部２１の記憶媒体に記憶させる。焦点サイズと設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報が既に記憶されている場合は、生成した情報でこの既に記憶されている情報を更新する。

また、主制御部２１は、操作コンソール１１から受けたＸ線条件にもとづいてＸ線管１３に印加すべき管電圧ｋＶや管電流ｍＡ、照射時間（管電流、管電圧の印加期間）ｍｓｅｃなどを設定してＸ線電源２２に与える。また、Ｘ線管１３が回転陽極タイプである場合は、主制御部２１は、Ｘ線電源２２の内部のステータコイル駆動回路を介してＸ線管１３のターゲット３１を回転させる。

Ｘ線電源２２は、主制御部２１に制御されて、Ｘ線管１３に印加すべき管電圧ｋＶや管電流ｍＡをＸ線管１３に供給する。また、Ｘ線管１３が回転陽極タイプである場合は、Ｘ線電源２２の内部のステータコイル駆動回路を介してＸ線管１３のターゲット３１を回転させる。

グリッド制御部２３は、主制御部２１に制御されて、設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇに対応するグリッド制御信号に応じてグリッド電圧Ｖ_Ｇを生成し、Ｘ線管１３のグリッド３２に印加することによりＸ線管１３の焦点サイズを制御する。

陰極３３は、Ｘ線電源２２のフィラメント加熱回路により管電流ｍＡを制御されて加熱されると、熱電子を放出できる状態になる。この状態でターゲット３１がステータコイル駆動回路により回転し、Ｘ線管１３に管電圧ｋＶが印加されると、熱電子がターゲット３１に衝突してＸ線が照射される。このとき、グリッド制御部２３によりグリッド３２に負の電圧（グリッド電圧Ｖ_Ｇ）が印加されると、Ｘ線管１３の陰極３３から放出された熱電子束は絞りこまれ、ターゲット３１上の衝突面積が小さくなり、Ｘ線管１３の焦点サイズは小さくなる。このため、グリッド電圧Ｖ_Ｇを制御することにより、Ｘ線管１３の焦点サイズを制御することができる。グリッド制御部２３は、グリッド制御信号に応じてたとえば−３０００Ｖから０Ｖまでの電圧をグリッド電圧Ｖ_Ｇとしてグリッド３２に印加可能に構成される。

なお、以下の説明では、グリッド３２がＸ線管１３の焦点の幅Ｗ方向および長さＬ方向のそれぞれを制御するための２組備えられ、グリッド制御部２３がこの２組のグリッド３２のそれぞれに対してグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬを印加する場合の例について示す。２組のグリッド３２を用い、それぞれに別の電圧を印加することにより、焦点形状を２次元的に変更することができ、たとえば焦点形状を正方形に近づけることができる。

Ｘ線管１３は、ターゲット３１、グリッド３２および陰極（カソードフィラメント）３３を有する。陰極３３は１つであってもよい。Ｘ線管１３の焦点サイズは、グリッド３２に印加されるグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬに応じて変化する。なお、ターゲット３１は回転しない固定陽極タイプであってもよいし、回転する回転陽極タイプであってもよい。

Ｘ線検出部１４、Ｘ線光学部１５を挟んでＸ線管１３と対向する位置に設けられ、Ｘ線検出部１４に照射されたＸ線を検出する。Ｘ線検出部１４は、この検出したＸ線の強度に応じた信号を画像解析部１６に出力する。

医用画像診断装置１０としてＸ線ＣＴ装置を用いる場合は、Ｘ線検出部１４はたとえば回転するガントリによりＸ線管１３と対向する位置にＸ線管１３と一体として保持され、たとえば２次元に配置された複数のＸ線検出素子（電荷蓄積素子）により構成される。また、医用画像診断装置１０としてＸ線アンギオ装置を用いる場合は、Ｘ線検出部１４はＣアームによりＸ線管１３と対向する位置にＸ線管１３と一体として保持され、たとえば平面検出器（ＦＰＤ：ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）により構成される。

Ｘ線光学部１５は、Ｘ線管１３の焦点像をＸ線検出部１４に結像させるための光学系であり、結像要素４１と、結像要素４１を囲む周囲要素４２と、周囲要素４２を支持する基板４３とを有する。Ｘ線管１３から照射されたＸ線ビームは、Ｘ線錐の中心位置に設置された結像要素４１により絞りこまれ、Ｘ線検出部１４にＸ線管１３の焦点像を結像させる。

図２は、ピンホールカメラ法を利用する場合におけるＸ線光学部１５の断面図である。

Ｘ線光学部１５の結像要素４１としては、たとえば図２に示すようにピンホールカメラ法（医用Ｘ線管装置 ＪＩＳ Ｚ ４７０４）に用いられるピンホールを用いることができる。結像要素４１としてピンホールを用いる場合、周囲要素４２は金９０％と白金１０％の合金やタングステンまたはタングステンカーバイドなどにより構成され、結像要素４１は、周囲要素４２にピンホールとして形成される。基板４３は、周囲要素４２を支持することができればよく、鉛、鉄などの金属で構成されてもよいし、アクリル板などの非金属で構成されてもよい。

なお、Ｘ線光学部１５は、画像解析部１６がＸ線管１３の焦点像のサイズを出力できるようにＸ線管１３の焦点像に相当する像をＸ線検出部１４に結像することができればよく、たとえば結像要素４１としてＸ線集光レンズを用いてもよい。また、結像要素４１としてピンホールカメラ法におけるピンホールと同等の径を有する鉛などのＸ線遮蔽物を用い、周囲要素４２をアクリル板などの結像要素４１よりもＸ線透過率の高い物質で構成してもよい。

画像解析部１６は、Ｘ線管１３から照射されてＸ線光学部１５を介してＸ線検出部１４に結像された焦点像のサイズを出力する。

図３は、結像要素４１としてピンホールを用いる場合において、Ｘ線検出部１４に結像されたＸ線管１３の焦点像５１のサイズから焦点サイズを求める方法の一例を説明するための説明図である。

ピンホールカメラ法では、ピンホールの径がＸ線管１３の焦点サイズよりも十分に小さいとき、Ｘ線管１３の焦点位置５２からピンホールまでの距離をＡ、ピンホールからＸ線検出部１４までの距離をＢとすると、Ｗ方向にΔＷ、Ｌ方向にΔＬのサイズを有する焦点が、拡大率（倍率）Ｍ＝Ｂ／Ａで拡大された焦点像５１としてＸ線検出部１４に結像することが知られている。Ｘ線検出部１４が出力する画像信号はＸ線検出部１４に照射されたＸ線の強度分布信号であり、ピンホールを通過してＸ線検出部１４に照射されるＸ線の強度は強く、周囲要素４２で遮られたＸ線の強度は弱い。

図４は、図３に示す例においてＸ線検出部１４が出力する幅Ｗ方向および長さＬ方向のＸ線強度分布の一例を示す説明図である。

Ｘ線検出部１４が出力するＸ線強度分布をＷ方向およびＬ方向についてそれぞれグラフにすると、図４に示すように台形状になる。このため、画像解析部１６は、Ｘ線検出部１４の出力にもとづいて、各台形の上底と下底の中央に閾値を設け、閾値を超える部分の距離を測定することで焦点像５１のＷ方向およびＬ方向のサイズを得ることができる。

したがって、主制御部２１は、画像解析部１６から受けた焦点像５１のサイズを拡大率Ｍで除すことにより、Ｘ線管１３の焦点サイズを求めることができる。

図５は、Ｘ線光学部１５が寝台６１に支持される様子の一例を示す説明図である。

拡大率Ｍは、正確に設定するためには、Ｘ線管１３、Ｘ線検出部１４およびＸ線光学部１５を正確に位置決めすることが重要である。これらを正確に位置決めするためには、たとえばＸ線光学部１５を寝台６１に支持させるとよい。

この場合、寝台６１は、床面６２に載置され、被検体を載置する天板６３を有する。天板６３の一部、たとえば天板６３のＸ線照射軸側の先端には、Ｘ線光学部１５を支持する支持部材６４が設けられる。支持部材６４は、たとえば天板６３からＸ線照射軸側に突出するように、Ｘ線光学部１５を支持する。Ｘ線光学部１５の結像要素４１は、Ｘ線錐の中心に位置するようにたとえばレーザマーカ６５を用いて位置決めされる。

Ｘ線管１３およびＸ線検出部１４は、天板６３の上面の法線方向に沿った所定位置で停止させておくとよい。この所定位置における焦点位置５２と床面６２との距離Ｈｘはあらかじめ測定しておく。また、焦点位置５２とＸ線検出部１４の検出面との距離Ｓは既知である。また、天板６３の上面から支持部材６４に支持されたＸ線光学部１５までの高さｄも既知の一定値である。したがって、床面６２から天板６３の上面までの高さＨｂを制御することにより、拡大率Ｍを制御することができる。床面６２から天板６３の上面までの高さＨｂは、たとえば主制御部２１が寝台６１の駆動機構を制御することにより任意に設定することができる。

図６は、周囲要素４２の像にもとづいて拡大率Ｍを算出する様子の一例を示す説明図である。

周囲要素４２と基板４３とが異なるＸ線透過率を有する場合、Ｘ線検出部１４には周囲要素４２の輪郭ＵＷ×ＵＬの像７１が結像される。この場合、画像解析部１６は、この周囲要素４２の輪郭の像７１のサイズＭ・ＵＷおよびＭ・ＵＬを出力するとよい。主制御部２１は、この輪郭の像７１のサイズを、Ｘ線光学部１５上での周囲要素４２の実際の輪郭のサイズで除すことにより、拡大率Ｍを求めることができる。

図７は、Ｘ線光学部１５の複数のマーカ７２の像にもとづいて拡大率Ｍを算出する様子の一例を示す説明図である。

Ｘ線検出部１４に識別可能な像が結像される複数のマーカ７２をＸ線光学部１５に設け、複数のマーカ７２の像の間の距離を用いて拡大率Ｍを求めることもできる。マーカ７２は、Ｘ線検出部１４に識別可能な像が結像されるものであればよく、マーカ７２とその周囲の部材とのＸ線透過率が異なっていればよい。

また、マーカ７２の１つとして結像要素４１を利用してもよい。結像要素４１と周囲要素４２とは当然にＸ線透過率が異なるためである。図７には、マーカ７２の１つとしてピンホールの結像要素４１を利用する場合の例を示した。また、たとえば基板４３を鉛で構成している場合は、マーカ７２の１つまたは複数は鉄やアクリルなどで構成されてもよいし、基板４３に設けられた開口部であってもよい。

画像解析部１６は、Ｘ線検出部１４に結像された複数のマーカ７２の像の中心位置を求め、この中心位置間の距離を出力する。主制御部２１は、この中心位置間の距離を、Ｘ線光学部１５上での複数のマーカ７２の距離Δｍで除すことにより、拡大率Ｍを求めることができる。

周囲要素４２の像にもとづいて拡大率Ｍを算出する方法や、Ｘ線光学部１５の複数のマーカ７２の像にもとづいて拡大率Ｍを算出する方法によれば、実測にもとづく拡大率Ｍを用いて焦点サイズを正確に求めることができる。また、この場合、Ｘ線光学部１５の位置からＢ／Ａを求めて拡大率Ｍを算出する必要がないため、Ｘ線光学部１５の位置合わせを精密に行う必要がなく、またＸ線光学部１５の位置を知る必要もない。

次に、本実施形態に係る医用画像診断装置１０の動作の一例について説明する。

医用画像診断装置１０による焦点サイズの校正方法としては、大きく次の２つの方法を用いることができる。

まず、焦点サイズの第１の校正方法について説明する。第１の校正方法は、設定焦点サイズに対応する設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇを求めることにより焦点サイズとグリッド電圧との関係を校正し、ユーザの所望する設定焦点サイズを正確に実現する方法である。第１の校正方法では、焦点サイズとグリッド電圧Ｖ_Ｇとをあらかじめ関連付けた情報（Ｘ線管１３の標準特性情報）を、記憶部１７または主制御部２１の記憶媒体に記憶させておく。以下の説明では、標準特性情報が記憶部１７に記憶されている場合の例について示す。

図８は、Ｗ方向およびＬ方向のそれぞれについて焦点サイズとグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬとをあらかじめ関連付けた標準特性情報の一例を示す説明図である。

操作コンソール１１から設定焦点サイズの情報を受けると、主制御部２１は、記憶部１７に記憶された標準特性情報（図８参照）を用いて、この設定焦点サイズに関連付けられたグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｓ_ＧＬの情報を取得する。そして、主制御部２１は、このグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬを設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬとし、この設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬに対応するグリッド制御信号をグリッド制御部２３に出力する。グリッド制御部２３は、グリッド制御信号に応じてグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬを生成し、Ｘ線管１３のグリッド３２に印加することによりＸ線管１３の焦点サイズを制御する。主制御部２１は、このグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬでＸ線検出部１４に結像された焦点像５１のサイズから焦点サイズを求める。

主制御部２１は、求めた焦点サイズと設定焦点サイズとの差が閾値以内になるように設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬを修正して再度Ｘ線管１３にＸ線光学部１５を介してＸ線検出部１４に焦点像５１を結像させて焦点サイズを求めることを繰り返す。そして、閾値以内となった際の設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬと設定された焦点サイズとで、標準特性情報を更新するか、または標準特性情報とは別にこの実測した設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬと設定された焦点サイズとの関係を記憶部１７に記憶させる。

続いて、第１の校正方法において、求めた焦点サイズと設定焦点サイズとの差が閾値以内になるように設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬを修正する方法の詳細について説明する。

たとえば、設定焦点サイズΔＷ×ΔＬが１．０ｍｍ×１．０ｍｍであり、標準特性情報においてこの設定焦点サイズに関連付けられたグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬを−１１００Ｖ、１２００Ｖであり、グリッド制御部２３の設計上の特性が−５００Ｖ／１Ｖ（出力／入力）である場合について考える。

この場合、主制御部２１は、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ＝−１１００Ｖ、ＶＳ_ＧＬ＝−１２００Ｖとし、対応する次のグリッド制御信号をグリッド制御部２３に出力する。
Ｗ方向グリッド制御信号：−１１００V／（−５００V／１V）＝２．２V
Ｌ方向グリッド制御信号：−１２００V／（−５００V／１V）＝２．４V

しかし、グリッド制御部２３の実際の特性は、設計上の特性に対して誤差を有することが多い。ここでは、たとえば実際の特性（実特性）がＷ方向−５２０Ｖ／１Ｖ、Ｌ方向−５３０Ｖ／１Ｖであるとする。この場合、上記グリッド制御信号を受けたグリッド制御部２３により出力される実際のグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬは次のようになる。
Ｖ_ＧＷ＝−５２０V×２．２V＝−１１４４V
Ｖ_ＧＬ＝−５３０V×２．４V＝−１２７２V

いま、Ｘ線管１３の実特性が、焦点サイズΔＷ×ΔＬを１．０ｍｍ×１．０ｍｍとするためのグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬがそれぞれＶ_ＧＷ＝−１０５０Ｖ、Ｖ_ＧＬ＝−１２１０Ｖとすると、焦点サイズΔＷ×ΔＬはおおよそ次のようになる。
ΔＷ＝−１０５０V／−１１４４V×１mm≒０．９２mm
ΔＬ＝−１２１０V／―１２７２V×１mm≒０．９５mm

Ｘ線管１３から照射されたＸ線ビームはＸ線光学部１５を介してＸ線検出部１４に照射され、焦点像５１を結像する。いま、拡大率（倍率）Ｍ＝５となる位置にＸ線光学部１５が設置されているものとすると、焦点像５１の大きさは次のとおりである。
Ｍ・ΔＷ＝０．９２mm×５＝４．６mm
Ｍ・ΔＬ＝０．９５mm×５＝４．７５mm

画像解析部１６で焦点像サイズ信号に変換されて主制御部２１に入力された信号は、主制御部２１によって拡大率Ｍで除された後、設定焦点サイズとの差を求められる。この差が閾値以上である場合は、主制御部２１は、この差を補正するように、現在のグリッド制御信号を変更する。変更後のグリッド制御信号は、それぞれ次のようにするとよい。
Ｗ方向グリッド制御信号：(４．６mm／５)／１．０mm×２．２V＝２．０２４V
Ｌ方向グリッド制御信号：(４．７５mm／５)／１．０mm×２．４V＝２．２８V

次に、変更後のグリッド制御信号に応じたグリッド電圧をグリッド３２に印加して再度Ｘ線照射を行い、焦点像５１のサイズを測定する。このとき拡大結像される焦点像５１の大きさは次のとおりである。
Ｍ・ΔＷ＝−１０５０V×１．０mm／(−５２０V×２．０２４V)×５≒４．９９mm
Ｍ・ΔＬ＝−１２１０V×１．０mm／(−５３０V×２．２８V)×５≒５．０１mm

この焦点像５１のサイズを拡大率Ｍで除すと、焦点サイズはほぼ１ｍｍとなり、焦点サイズが校正されたことがわかる。

主制御部２１は、この校正後のグリッド制御信号に（−５００V／１V）を乗ずることにより、このときのグリッド制御信号に対応する設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬを求める。主制御部２１は、この求めた設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬと設定された焦点サイズとで、標準特性情報を更新するか、または標準特性情報とは別に、この求めた設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬと設定された焦点サイズとの関係を記憶部１７に記憶させる。また、主制御部２１は、グリッド制御信号に対応する設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬを求めずに、この校正後のグリッド制御信号と設定焦点サイズとの関係を記憶部１７に記憶させてもよい。

図９は、Ｘ線検出部１４の分解能を考慮した焦点像５１のサイズの測定方法の一例について説明するための図である。

Ｘ線検出部１４を構成するＸ線検出素子のピッチをＰｍｍ、拡大率をＭとすると、焦点サイズの分解能はＰ／Ｍｍｍとなる。焦点サイズに対してこの分解能が十分に高くない場合は、グリッド電圧Ｖ_Ｇを変化させながら焦点サイズの測定値の変化ポイントを探索するとよい。この場合、設定焦点サイズよりも大きくなるポイントおよび小さくなるポイントの中央値を設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとして記憶部１７に記憶させるとよい。

ユーザは、よく用いる焦点サイズ（たとえば図８に示した大焦点、小焦点、極小焦点の３つなど）について第１の校正方法を実行することにより、よく用いる焦点サイズと正確な設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報を記憶部１７に記憶させておくことができる。このため、第１の校正方法による校正後は、主制御部２１は、この関連付けた情報を用いることにより、ユーザの所望の焦点サイズを容易に実現することができる。

この記憶部１７に記憶させた設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬ（またはグリッド制御信号）と設定された焦点サイズとの関係は、Ｘ線管１３の実特性およびグリッド制御部２３の実特性の非線形要素を反映している。このため、第１の校正方法によれば、Ｘ線管１３の実特性にばらつきがあっても、またグリッド制御部２３のグリッド電圧の出力精度がそれほど高くなくても、Ｘ線管１３の実特性およびグリッド制御部２３の実特性を反映して焦点サイズを校正することができる。換言すれば、第１の校正方法による焦点サイズの校正方法においてＸ線管１３の実特性およびグリッド制御部２３の実特性は全く問題にならず、用いる必要もない。

また、Ｘ線管１３の焦点サイズと実際の正確な設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報は、Ｘ線管１３に固有の情報であり、Ｘ線管１３が異なると標準特性情報も異なる。一方、第１の校正方法によれば、Ｘ線管１３の実特性を反映した関連付け情報を得ることができる。このため、Ｘ線管１３を交換した場合であっても、ユーザは、医用画像診断装置１０により容易に交換後のＸ線管１３についてのよく用いる焦点サイズと正確な設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報を得ることができる。

次に、焦点サイズの第２の校正方法について説明する。第２の校正方法は、設定グリッド電圧を変更しつつ焦点サイズを求めることで設定グリッド電圧と焦点サイズとを関連付けた情報を生成することにより、焦点サイズとグリッド電圧との関係を校正し、ユーザの所望する設定焦点サイズを正確に実現する方法である。第２の校正方法は、標準特性情報を必要としない。

図１０は、設定グリッド電圧を変更しつつ焦点サイズを求めることにより生成されるグリッド制御信号と焦点サイズとを関連付けた情報の一例を示す説明図である。図１０にはグリッド制御信号と焦点サイズとを関連付けた情報の例を示したが、もちろん設定グリッド電圧と焦点サイズとを関連付けた情報を生成してもよい。

この設定グリッド電圧（またはグリッド制御信号）と焦点サイズとを関連付けた情報の生成処理は、たとえば操作コンソール１１を介してユーザにより指示されて開始される。

主制御部２１はまず、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬの初期値ＶＳｓｔとしてたとえば０Ｖを設定し、この設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬに対応するグリッド制御信号をグリッド制御部２３に出力する。グリッド制御部２３は、グリッド制御信号に応じてグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬを生成し、Ｘ線管１３のグリッド３２に印加することによりＸ線管１３の焦点サイズを制御する。主制御部２１は、このグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬでＸ線検出部１４に結像された焦点像５１のサイズから焦点サイズを求め、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬ＝０Ｖに関連付けて記憶部１７に記憶させる。

次に、主制御部２１は、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬを現在の値に所定の値−ΔＶ（たとえば−５０Ｖ）を加えた電圧として同様に焦点サイズを求め、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬ＝０Ｖ−ΔＶに関連付けて記憶部１７に記憶させる。これを、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬがあらかじめ設定した終了値ＶＳｅｎｄになるまで繰り返す。この結果、主制御部２１は、図１０に示す設定グリッド電圧（またはグリッド制御信号）と焦点サイズとを関連付けた情報を生成することができる。

この関連付けた情報の生成後は、主制御部２１は、この関連付けた情報を用いることにより、ユーザの所望の焦点サイズを容易に実現することができる。また、第２の校正方法は、標準特性情報が必要ない。また、第１の校正方法のようにユーザのよく用いる焦点サイズに限られることなく任意の焦点サイズを正確に実現することができるため、たとえば焦点サイズを連続的に変化させる際にも正確な焦点サイズを実現することができる。

また、第２の校正方法により得られる関連付け情報もまた、第１の校正方法により得られる関連付け情報と同様に、Ｘ線管１３の実特性およびグリッド制御部２３の実特性の非線形要素を反映している。このため、第２の校正方法によっても、Ｘ線管１３の実特性にばらつきがあっても、またグリッド制御部２３のグリッド電圧の出力精度がそれほど高くなくても、Ｘ線管１３の実特性およびグリッド制御部２３の実特性を反映して焦点サイズを校正することができる。すなわち、第２の校正方法による焦点サイズの校正方法においても、Ｘ線管１３の実特性およびグリッド制御部２３の実特性は全く問題にならず、用いる必要もない。また、第２の校正方法によれば、Ｘ線管１３を交換した場合、ユーザは、医用画像診断装置１０により容易に交換後のＸ線管１３の焦点サイズと正確な設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報を得ることができる。

図１１は、設定焦点サイズに対応する設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇを求めることにより焦点サイズとグリッド電圧との関係を容易に校正する際の手順（第１の校正方法の手順）の一例を示すフローチャートである。図１１において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

この手順は、あらかじめ記憶部１７または主制御部２１の記憶媒体に標準特性情報が記憶されてスタートとなる。

まず、ステップＳ１において、主制御部２１は、操作コンソール１１から設定焦点サイズの情報を受ける。そして、主制御部２１は、記憶部１７に記憶された標準特性情報（図８参照）を用いて、この設定焦点サイズに関連付けられたグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｓ_ＧＬの情報を取得し、このグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬを設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬとする。

次に、ステップＳ２において、主制御部２１は、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬに対応するグリッド制御信号をグリッド制御部２３に出力する。グリッド制御部２３は、グリッド制御信号に応じてグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬを生成し、グリッド３２に印加する。

次に、ステップＳ３において、Ｘ線管１３は、Ｘ線光学部１５を介してＸ線検出部１４に焦点像５１を結像する（図３参照）。

次に、ステップＳ４において、画像解析部１６は、Ｘ線検出部１４の出力にもとづいて焦点像５１のＷ方向およびＬ方向のサイズを求めて主制御部２１に与える。主制御部２１は、焦点像５１のサイズを拡大率Ｍで除すことにより、Ｘ線管１３の焦点サイズを求める。なお、拡大率Ｍを周囲要素４２の像にもとづいて拡大率Ｍを算出する方法（図６参照）や、Ｘ線光学部１５の複数のマーカ７２の像にもとづいて拡大率Ｍを算出する方法（図７参照）により求める場合には、このステップＳ４においてまず拡大率Ｍを求めて、求めた拡大率Ｍを用いて焦点サイズを求めてもよい。

次に、ステップＳ５において、求めた焦点サイズと設定焦点サイズとの差が閾値以内であるか否かを判定する。差が閾値より大きい場合は、ステップＳ６に進み、主制御部２１は、この差を補正するように現在の設定グリッド電圧を変更し、変更後の設定グリッド電圧で再度焦点サイズを求めるようステップＳ２に戻る。

一方、差が閾値以内の場合は、ステップＳ７において主制御部２１は、現在の設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬと設定焦点サイズとで、標準特性情報を更新するか、または標準特性情報とは別にこの実測した設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬと設定された焦点サイズとの関係を記憶部１７に記憶させる。

以上の手順により、設定焦点サイズに対応する設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇを求めることにより焦点サイズとグリッド電圧との関係を容易に校正することができる。

図１２は、設定グリッド電圧を変更しつつ焦点サイズを求めることで設定グリッド電圧と焦点サイズとを関連付けた情報を生成することにより、焦点サイズとグリッド電圧との関係を校正する際の手順（第２の校正方法の手順）の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１１において、主制御部２１は、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬの初期値ＶＳｓｔ（たとえば０Ｖ）を設定する。

次に、ステップＳ１２において、主制御部２１は、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬに対応するグリッド制御信号をグリッド制御部２３に出力する。グリッド制御部２３は、グリッド制御信号に応じてグリッド電圧Ｖ_ＧＷ、Ｖ_ＧＬを生成し、グリッド３２に印加する。

次に、ステップＳ１３において、Ｘ線管１３は、Ｘ線光学部１５を介してＸ線検出部１４に焦点像５１を結像する（図３参照）。

次に、ステップＳ１４において、画像解析部１６は、Ｘ線検出部１４の出力にもとづいて焦点像５１のＷ方向およびＬ方向のサイズを求めて主制御部２１に与える。主制御部２１は、焦点像５１のサイズを拡大率Ｍで除すことにより、Ｘ線管１３の焦点サイズを求める。なお、拡大率Ｍを周囲要素４２の像にもとづいて拡大率Ｍを算出する方法（図６参照）や、Ｘ線光学部１５の複数のマーカ７２の像にもとづいて拡大率Ｍを算出する方法（図７参照）により求める場合には、このステップＳ４においてまず拡大率Ｍを求めて、求めた拡大率Ｍを用いて焦点サイズを求めてもよい。

次に、ステップＳ１５において、主制御部２１は、求めた焦点サイズと現在の設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬとを関連付けて記憶部１７に記憶させる。

次に、ステップＳ１６において、主制御部２１は、設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬを、現在の値に所定の値−ΔＶ（たとえば−５０Ｖ）を加えた電圧に変更する。

次に、ステップＳ１７において、主制御部２１は、変更した設定グリッド電圧ＶＳ_ＧＷ、ＶＳ_ＧＬがあらかじめ設定した終了値ＶＳｅｎｄより大きいか否かを判定する。終了値ＶＳｅｎｄより大きい場合は、一連の作業は終了となる。一方、終了値ＶＳｅｎｄ以下である場合は、ステップＳ１２に戻る。

以上の手順により、設定グリッド電圧を変更しつつ焦点サイズを求めることで設定グリッド電圧と焦点サイズとを関連付けた情報を生成することにより、焦点サイズとグリッド電圧との関係を校正することができる。

本実施形態に係る医用画像診断装置１０は、グリッド制御部２３に与える設定グリッド電圧と焦点サイズとを関連付けた情報を得ることができる。この情報は、Ｘ線管１３の実特性およびグリッド制御部２３の実特性の非線形要素を反映している。このため、Ｘ線管１３の実特性にばらつきがあっても、またグリッド制御部２３のグリッド電圧の出力精度がそれほど高くなくても、Ｘ線管１３の実特性およびグリッド制御部２３の実特性を反映して焦点サイズを校正することができる。

したがって、医用画像診断装置１０によれば、Ｘ線管１３やグリッド制御部２３の特性が経年変化を起こした場合であっても、医用画像診断装置１０の設置されている場所でユーザ自らが容易にＸ線管１３の焦点サイズと正確な設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報を得ることができる。また、ユーザがＸ線管１３を交換した場合や修理のためにグリッド制御部２３を交換した場合であっても、同様に、医用画像診断装置１０の設置されている場所でユーザ自らが容易に交換後のＸ線管１３の焦点サイズと正確な設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報を得ることができる。また、定期点検でＸ線管１３の焦点サイズと正確な設定グリッド電圧ＶＳ_Ｇとを関連付けた情報を得ることにより、常に正確な焦点サイズを実現することができる。

また、本実施形態に係る医用画像診断装置１０の焦点サイズ校正方法によれば、Ｘ線管１３やグリッド制御部２３の特性を一切必要としない。このため、Ｘ線管１３やグリッド制御部２３の特性管理や保管管理に特別な配慮を要さない。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 医用画像診断装置
１３ Ｘ線管
１４ Ｘ線検出部
１５ Ｘ線光学部
１６ 画像解析部
１７ 記憶部
２１ 主制御部
２３ グリッド制御部
３２ グリッド
４１ 結像要素
４２ 周囲要素
４３ 基板
５１ 焦点像
５２ 焦点位置
６１ 寝台
６２ 床面
６３ 天板
６４ 支持部材
７２ マーカ

Claims (9)

1. グリッドを有し、グリッド電圧に応じて焦点サイズが変化するＸ線管と、
   このＸ線管と対向する位置に設けられたＸ線検出部と、
   設定グリッド電圧に応じてグリッド電圧を生成し前記グリッドに印加するグリッド制御部と、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出部との間に設置され、前記Ｘ線管の焦点像を前記Ｘ線検出部に結像させるＸ線光学部と、
   前記Ｘ線管から照射されて前記Ｘ線光学部を介して前記Ｘ線検出部に結像された前記焦点像のサイズを出力する画像解析部と、
   前記グリッド制御部に対して設定グリッド電圧を出力するとともに、出力した設定グリッド電圧に応じて結像された前記焦点像のサイズにもとづいて前記Ｘ線管の焦点サイズを求め、求めた焦点サイズにもとづいて焦点サイズと前記グリッド電圧との関係を校正する主制御部と、
   焦点サイズと設定グリッド電圧とを関連付けた情報を記憶する記憶部と、
   を備え、
   前記主制御部は、
   焦点サイズの設定情報を取得すると、この設定された焦点サイズに対応する設定グリッド電圧を前記記憶部から抽出して前記グリッド制御部に与え、前記Ｘ線管に前記Ｘ線光学部を介して前記Ｘ線検出部に前記焦点像を結像させることにより、前記記憶部から抽出した設定グリッド電圧に応じた前記Ｘ線管の焦点サイズを求め、求めた焦点サイズと前記設定された焦点サイズとの差が閾値以内になるように設定グリッド電圧を修正して再度前記Ｘ線管に前記Ｘ線光学部を介して前記Ｘ線検出部に前記焦点像を結像させて焦点サイズを求めることを繰り返し、前記閾値以内となった際の設定グリッド電圧と前記設定された焦点サイズとで、前記関連付けた情報を更新することにより、前記設定された焦点サイズに対応する設定グリッド電圧を校正する、
   医用画像診断装置。
2. グリッドを有し、グリッド電圧に応じて焦点サイズが変化するＸ線管と、
   このＸ線管と対向する位置に設けられたＸ線検出部と、
   設定グリッド電圧に応じてグリッド電圧を生成し前記グリッドに印加するグリッド制御部と、
   前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出部との間に設置され、前記Ｘ線管の焦点像を前記Ｘ線検出部に結像させるＸ線光学部と、
   前記Ｘ線管から照射されて前記Ｘ線光学部を介して前記Ｘ線検出部に結像された前記焦点像のサイズを出力する画像解析部と、
   前記グリッド制御部に対して設定グリッド電圧を出力するとともに、出力した設定グリッド電圧に応じて結像された前記焦点像のサイズにもとづいて前記Ｘ線管の焦点サイズを求め、求めた焦点サイズにもとづいて焦点サイズと前記グリッド電圧との関係を校正する主制御部と、
   を備え、
   前記主制御部は、
   前記グリッド制御部に与える設定グリッド電圧を変更しつつ焦点サイズを求めることを繰り返すことにより、複数の設定グリッド電圧のそれぞれと求めた焦点サイズとを関連付けた情報を生成し、焦点サイズの設定情報を取得すると、この設定された焦点サイズに対応する設定グリッド電圧を前記関連付けた情報から抽出して前記グリッド制御部に与える、
   医用画像診断装置。
3. 前記Ｘ線光学部は、
   前記Ｘ線管の焦点像を所定の倍率で前記Ｘ線検出部に結像させ、
   前記主制御部は、
   前記焦点像のサイズを前記所定の倍率で除すことにより前記焦点サイズを求める、
   請求項１または２に記載の医用画像診断装置。
4. 被検体を載置する天板を有するとともに床面に載置される寝台と、
   前記天板に対して前記Ｘ線光学部を支持する支持部材と、
   をさらに備えた請求項３記載の医用画像診断装置。
5. 前記主制御部は、
   前記床面から前記天板の上面までの高さを制御することにより、前記天板の上面から前記支持部材に支持された前記Ｘ線光学部までの高さ、および前記Ｘ線管の焦点位置から前記Ｘ線検出部までの距離にもとづいて前記倍率を制御する、
   請求項４記載の医用画像診断装置。
6. 前記Ｘ線光学部は、複数のＸ線マーカを有し、
   前記画像解析部は、
   前記Ｘ線検出部に結像された前記複数のマーカの像の間の距離を出力し、
   前記主制御部は、
   前記複数のＸ線マーカの前記Ｘ線光学部上での距離と、前記Ｘ線検出部に結像された前記複数のマーカの像の間の距離と、にもとづいて前記所定の倍率を求める、
   請求項３ないし５のいずれか１項に記載の医用画像診断装置。
7. 前記Ｘ線光学部は、
   前記Ｘ線管の焦点像を結像するための結像要素と、この結像要素とは異なるＸ線透過率を有し前記結像要素を囲む周囲要素と、この周囲要素とは異なるＸ線透過率を有し前記周囲要素を支持する基板とを有し、
   前記画像解析部は、
   前記Ｘ線検出部に結像された前記周囲要素の像の輪郭サイズを出力し、
   前記主制御部は、前記Ｘ線光学部上での前記周囲要素の輪郭サイズと、前記Ｘ線検出部に結像された前記周囲要素の像の輪郭サイズと、にもとづいて前記所定の倍率を求める、
   請求項３ないし６のいずれか１項に記載の医用画像診断装置。
8. 前記Ｘ線光学部は、
   ピンホールカメラ法を適用するためのピンホールにより構成される、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の医用画像診断装置。
9. グリッドを有し、グリッド電圧に応じて焦点サイズが変化するＸ線管と、このＸ線管と対向する位置に設けられたＸ線検出部と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出部との間に設置され、前記Ｘ線管の焦点像を前記Ｘ線検出部に結像させるＸ線光学部と、を有する医用画像診断装置の焦点サイズ校正方法であって、
   焦点サイズと設定グリッド電圧とを関連付けた情報を記憶部に記憶させるステップと、
   焦点サイズの設定情報を取得するステップと、
   設定された焦点サイズに対応する設定グリッド電圧を前記記憶部から抽出してグリッドに印加するステップと、
   前記Ｘ線光学部により、前記Ｘ線管の焦点像が前記Ｘ線検出部に結像するステップと、
   前記焦点像のサイズにもとづいて前記Ｘ線管の焦点サイズを求めるステップと、
   求めた焦点サイズと前記設定された焦点サイズとの差が閾値以内になるように設定グリッド電圧を修正し、修正した設定グリッド電圧をグリッドに印加し、結像した焦点像のサイズにもとづいて焦点サイズを求めることを、前記差が前記閾値以内となるまで繰り返すステップと、
   前記閾値以内となった際の設定グリッド電圧と前記設定された焦点サイズとで、前記関連付けた情報を更新することにより、前記設定された焦点サイズに対応する設定グリッド電圧を校正するステップと、
   を有する焦点サイズ校正方法。

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