JPH0583250B2 - - Google Patents
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- JPH0583250B2 JPH0583250B2 JP60129107A JP12910785A JPH0583250B2 JP H0583250 B2 JPH0583250 B2 JP H0583250B2 JP 60129107 A JP60129107 A JP 60129107A JP 12910785 A JP12910785 A JP 12910785A JP H0583250 B2 JPH0583250 B2 JP H0583250B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/48—NMR imaging systems
- G01R33/483—NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy
- G01R33/485—NMR imaging systems with selection of signals or spectra from particular regions of the volume, e.g. in vivo spectroscopy based on chemical shift information [CSI] or spectroscopic imaging, e.g. to acquire the spatial distributions of metabolites
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は、核磁気共鳴(NMR)装置に関する
ものであり、更に詳細に述べれば、得られた像に
よつて化学的シフト情報が表わされる核磁気共鳴
化学的シフト写像装置に関するものである。 (2) 従来の技術 「化学的シフト」とは、原子核のラーモア周波
数(頻度)の比較的小さなシフトのことである
が、該シフトは与えられた磁界から前記原子核を
遮蔽する電子によつて引き起こされる。電子によ
つて行なわれる正確な遮蔽は、原子核の化学的環
境に左右されると共に、このことは、種々の化合
物の元素に対しても異なる。 既知の核磁気共鳴(NMR)化学的シフト写像
方法では、まず、検査しようとする身体の選択さ
れた領域に核スピンが励起され、次いで、前記選
択された領域に磁界勾配が与えられて、前記核ス
ピンおよび検出された核スピンが符号化される。
次いで、前記検査が、種々の勾配で何度も繰り返
され、結果の検出されたNMRスピン信号セツト
は、フーリエ変換技術を用いて像情報を再生すべ
く処理される。 化学的シフト情報を必要としない場合、前記信
号セツトは、例えば平面スライスの場合、単に二
次元のフーリエ交換によつて位置情報を取り出す
べく処理されていた。更に化学的シフト情報を必
要とする場合は、前記信号セツトを時間に対して
更にフーリエ変換して処理する。このことによつ
て、化学的シフト情報が得られるが、それは励起
された原子核からの検出可能なNMRスピン信号
が核原子核の化学的シフトにより該原子核の励起
後一度に発生するためである。 英国特許第2125388A号に記載のような、種々
の検査の間勾配のみが変更される既知化学的シフ
ト写像方法においては、必要とする像の分解能に
よつて各勾配を何度も個々に変更しなければなら
ない。よつて、二つの直交する勾配の又えられた
n×n個の画素を有する平面スライスに対して
は、n 2の検査が必要となる。よつて、全部でn
2tRのデータ取得時間が必要となる(但し、tRは検
査反復時間である)。 (3) 発明の概要 本発明の目的は、全データ取得時間を短縮する
ことのできるNMR化学的シフト写像装置を提供
することである。 本発明によつて、核磁気共鳴化学的シフト写像
装置が提供され、この核磁気共鳴化学的シフト写
像装置は、複数の検査を実行するように構成され
た手段を備え、各検査は、優先的に身体の選択さ
れた領域に核スピンを励起し、磁気勾配(Gy)
を与えて励起されたスピンを符号化し、結果的に
得られた符号化されたスピンを表わすデータを収
集することから成り、前記各検査は、異なる符号
化勾配(Gy)を用いて行なつて、空間画像情報
を得るものであり、前記手段は、前記複数の検査
の各々を、毎回、励起とデータ収集の開始との間
の遅延時間の異なる値を用いて多数回行なうこと
によつて、多数回行なつて化学的シフト情報を得
ようにしたことを特徴とする。 次に、本発明によるある装置について、添付の
図面を参照しながら一実施例を挙げて説明する。 (4) 実施例 本発明による装置は、英国特許第1578910号な
らびに第2056078号、および対応する米国特許第
4284948号ならびに第4355282号に記載の従来の形
式から大部分が構成されている。 このような装置の基本的な構成要素は下記の通
りである。すなわち、 本発明による装置は第1のコイル装置を有し、
それによつて、検査しようとする身体に、三つの
直交する方向、すなわちX、YならびにZ方向の
いずれか一つ以上の方向の勾配によつて、ある所
定の方向、通常Z方向に磁界を又えることができ
る。 第1図を参照するに、前記第1のコイル装置
は、Z方向に定常均一磁界Boを与えるコイル1
と、X方向に磁界勾配Gxを与えるコイル3と、
Y方向に磁界勾配Gyを与えるコイル5と、およ
びZ方向に磁界勾配Gzを与えるコイル7とから
構成されている。 更に、本発明による装置は、第2のコイル装置
を有しているが、該第2のコイル装置は、前記第
1のコイル装置が生じた磁界の方向に垂直な平面
で検査中の身体にRF磁界を与えることができる
と共に、Z方向以外のスピンベクトル成分により
核磁気共鳴に励起された検査中の身体の原子核か
ら生ずるRF磁界を検出することができる。 前記第2のコイル装置は、RF磁界を与える一
対のコイル9Aならびに9Bから成る第1のコイ
ル構成と、およびRF磁界を検出するコイル10
Aならびに10Bから成る第2のコイル構成とに
よつて構成されている。 種々のコイル1,3,5,7および9Aならび
に9Bは、Bo、Gx、Gy、GzおよびRF駆動増幅
器11,13,15,17および19によつて
夫々駆動され、かつ前記駆動増幅器は、Bo、
Gxy、GzおよびRF制御回路21,23,25お
よび27によつて夫々制御される。これらの回路
は、NMR装置およびコイル誘起磁界を使用する
他の装置の当業者には周知の種々の形式を取るこ
とができる。 前記回路21,23,25および27は、中央
処理装置29によつて制御されるが、前記中央処
理装置と関連して、該装置に命令を与える入力お
よびその他の周辺装置31と、および表示装置3
3とがある。 コイル10Aおよび10Bによつて検出された
NMR信号は、増幅器35を介して信号処理装置
37に印加される。該信号処理装置は、信号の適
当な較正および補正を全て行なうよう構成されて
いるが、本来は、中央処理装置に信号を伝送する
ものである。信号は、該中央処理装置で表示装置
に印加すべく処理され、検査している身体内の
NMR量の分布を表示する像を生ずる。 本発明の説明を判りやすくするため、前記信号
処理装置37は別個に図示されているが、前記中
央処理装置29の一部を具合い良く形成していて
もよいことが判る。 本発明による装置は、また、磁界測定エラー信
号回路39も備えているが、前記磁界測定エラー
信号回路は、第2図に図示の如く検査している身
体43に対して適当な位置に設けられた磁界プロ
ーブX1、X2、Y1およびY2から増幅器41を介し
て信号を受信し、与えられる磁界を監視する。 次に、本発明による第1図および第2図の装置
の動作について第3図を参照しながら説明する。 まず、定常均一磁界Boがコイル1によつて与
えられるが、この磁界は、Z方向に沿う身体の検
査している領域に磁気整合平衡軸を定めるよう動
き、検査手順を通して一定のままである。 次いで、検査しようとする身体の平面スライス
に垂直な方向の磁界勾配、例えばZ方向に沿つた
勾配Gzがコイル7により身体に与えられる(第
3B図参照)。この勾配と共に、以下説明する理
由により、RF磁界パルスB1(90°)が与えられ
る(第3A図参照)。RF磁界の周波数は、検査し
ている身体スライスの選択された原子核、通常水
素の陽子、のラーモア周波数となる選択されてい
る。前記スライスは、Z方向に沿うある特定の磁
界勾配によつて定められ、該スライス内の原子核
が優先的に励起されるようになつている。RFパ
ルスの積分によつて、前記パルスは、前記励起さ
れた原子核のスピンをちようどX−Y面に傾ける
のに充分となり(よつて90°パルスと称す)、次い
で前記スピンがZ軸回りのX−Y面で歳差運動を
行なう。 次いで磁界勾配Gzが除去され、逆方向の−
Gz′の勾配と置換される。このことは、RFパルス
B1(90°)および勾配Gzの組合せによつて選択的
に励起されたスピンの位相を再調整する。勾配−
Gz′の大きさは、例えば英国特許第1578910号お
よび米国特許第4284948号に記載の如く、この勾
配が除去される時に前記スピンの位相が再調整さ
れるよう選択されている。 −Gz′勾配除去後のある選択された時間で、磁
界勾配Gy(第3C図参照)が、コイル5により、
前記スライス面に与えられる。このことは、スラ
イス内の励起されさスピンを周知の態様で位相符
号化するのに役立つ。 勾配Gyが除去された後、前記スライス面の勾
配Gx(第3D図参照)がコイル3により与えられ
るが、このことは、既知の態様で前記スライス内
のスピン周波数の分散させることによつて該スピ
ンを符号化するのに更に役立つ。 第3E図に図示の如く、勾配Gxを印加中コイ
ル10Aおよび10BによりX−Y面に成分を有
する前記スライス内の核スピンを検出することに
よつてデータが収集され、結果の検出された信号
が記憶される。 上記工程は、各回毎にGy勾配に対して異なる
値を用いて何度も繰り返される。各B1(90°)パ
ルス間に期間tRが経過してスピンが緩和される。 次いで上記手順が、各回毎に励起および検出開
始間の遅延時間TDの異なる選択値で何回も繰り
返される。 遅延時間TDの値の各変化に対して勾配Gxの印
加時間は対応してシフトされる。すなわち各検査
毎に勾配Gxの印加と同時に検出が開始されるよ
うになる。 次いで、記憶された信号は、空間スピン分布情
報を得るため二つの直交する方向XならびにYに
対して二次元フーリエ変換により既知の態様で処
理され、更に化学的シフト情報を得るため時間に
対してフーリエ変換される。 使用される勾配Gyの異なる値の数をnとする
と、n×n個の画素を有する空間分解能が得られ
る。得られた化学的シフト分解能は、使用される
時間遅延TDの異なる値の数の関数である。よつ
て、医療用の写像においてはよくあるように、例
えば水中に水素陽子と脂肪内の水素陽子とを識別
して脂肪の浸潤についての情報を得るため低い化
学的シフト分解能のみを必要とする場合、最低限
必要な異なるTD値の数(2)を越える小さな数、例
えば8つでも、十分、50から60マイクロ秒程度の
TDピーク値で適当に良質のデータ生成できる場
合が多い。上記既知比較方法によるデータ取得時
間n2TRと比較して8ntRの全データ取得時間が必要
である。 本発明による装置において、全データセツトを
取るのに必要な種々の検査を行なう順序は重要で
ないことが判る。 一実施例として述べた本発明による特定の装置
において、二次元のフーリエ変換像構成技術が用
いられているが、別の装置として、いわゆる後方
投射技術のような他の像構成技術が用いられても
よいことが判る。そのような別の装置では、上記
実施例の位相符号化勾配の種々の値に対してデー
タを収集する代わりに、実際のスピン検出中に与
えられる周波数符号化勾配の多数の異なる方向の
各方向に対してデータが収集される。
ものであり、更に詳細に述べれば、得られた像に
よつて化学的シフト情報が表わされる核磁気共鳴
化学的シフト写像装置に関するものである。 (2) 従来の技術 「化学的シフト」とは、原子核のラーモア周波
数(頻度)の比較的小さなシフトのことである
が、該シフトは与えられた磁界から前記原子核を
遮蔽する電子によつて引き起こされる。電子によ
つて行なわれる正確な遮蔽は、原子核の化学的環
境に左右されると共に、このことは、種々の化合
物の元素に対しても異なる。 既知の核磁気共鳴(NMR)化学的シフト写像
方法では、まず、検査しようとする身体の選択さ
れた領域に核スピンが励起され、次いで、前記選
択された領域に磁界勾配が与えられて、前記核ス
ピンおよび検出された核スピンが符号化される。
次いで、前記検査が、種々の勾配で何度も繰り返
され、結果の検出されたNMRスピン信号セツト
は、フーリエ変換技術を用いて像情報を再生すべ
く処理される。 化学的シフト情報を必要としない場合、前記信
号セツトは、例えば平面スライスの場合、単に二
次元のフーリエ交換によつて位置情報を取り出す
べく処理されていた。更に化学的シフト情報を必
要とする場合は、前記信号セツトを時間に対して
更にフーリエ変換して処理する。このことによつ
て、化学的シフト情報が得られるが、それは励起
された原子核からの検出可能なNMRスピン信号
が核原子核の化学的シフトにより該原子核の励起
後一度に発生するためである。 英国特許第2125388A号に記載のような、種々
の検査の間勾配のみが変更される既知化学的シフ
ト写像方法においては、必要とする像の分解能に
よつて各勾配を何度も個々に変更しなければなら
ない。よつて、二つの直交する勾配の又えられた
n×n個の画素を有する平面スライスに対して
は、n 2の検査が必要となる。よつて、全部でn
2tRのデータ取得時間が必要となる(但し、tRは検
査反復時間である)。 (3) 発明の概要 本発明の目的は、全データ取得時間を短縮する
ことのできるNMR化学的シフト写像装置を提供
することである。 本発明によつて、核磁気共鳴化学的シフト写像
装置が提供され、この核磁気共鳴化学的シフト写
像装置は、複数の検査を実行するように構成され
た手段を備え、各検査は、優先的に身体の選択さ
れた領域に核スピンを励起し、磁気勾配(Gy)
を与えて励起されたスピンを符号化し、結果的に
得られた符号化されたスピンを表わすデータを収
集することから成り、前記各検査は、異なる符号
化勾配(Gy)を用いて行なつて、空間画像情報
を得るものであり、前記手段は、前記複数の検査
の各々を、毎回、励起とデータ収集の開始との間
の遅延時間の異なる値を用いて多数回行なうこと
によつて、多数回行なつて化学的シフト情報を得
ようにしたことを特徴とする。 次に、本発明によるある装置について、添付の
図面を参照しながら一実施例を挙げて説明する。 (4) 実施例 本発明による装置は、英国特許第1578910号な
らびに第2056078号、および対応する米国特許第
4284948号ならびに第4355282号に記載の従来の形
式から大部分が構成されている。 このような装置の基本的な構成要素は下記の通
りである。すなわち、 本発明による装置は第1のコイル装置を有し、
それによつて、検査しようとする身体に、三つの
直交する方向、すなわちX、YならびにZ方向の
いずれか一つ以上の方向の勾配によつて、ある所
定の方向、通常Z方向に磁界を又えることができ
る。 第1図を参照するに、前記第1のコイル装置
は、Z方向に定常均一磁界Boを与えるコイル1
と、X方向に磁界勾配Gxを与えるコイル3と、
Y方向に磁界勾配Gyを与えるコイル5と、およ
びZ方向に磁界勾配Gzを与えるコイル7とから
構成されている。 更に、本発明による装置は、第2のコイル装置
を有しているが、該第2のコイル装置は、前記第
1のコイル装置が生じた磁界の方向に垂直な平面
で検査中の身体にRF磁界を与えることができる
と共に、Z方向以外のスピンベクトル成分により
核磁気共鳴に励起された検査中の身体の原子核か
ら生ずるRF磁界を検出することができる。 前記第2のコイル装置は、RF磁界を与える一
対のコイル9Aならびに9Bから成る第1のコイ
ル構成と、およびRF磁界を検出するコイル10
Aならびに10Bから成る第2のコイル構成とに
よつて構成されている。 種々のコイル1,3,5,7および9Aならび
に9Bは、Bo、Gx、Gy、GzおよびRF駆動増幅
器11,13,15,17および19によつて
夫々駆動され、かつ前記駆動増幅器は、Bo、
Gxy、GzおよびRF制御回路21,23,25お
よび27によつて夫々制御される。これらの回路
は、NMR装置およびコイル誘起磁界を使用する
他の装置の当業者には周知の種々の形式を取るこ
とができる。 前記回路21,23,25および27は、中央
処理装置29によつて制御されるが、前記中央処
理装置と関連して、該装置に命令を与える入力お
よびその他の周辺装置31と、および表示装置3
3とがある。 コイル10Aおよび10Bによつて検出された
NMR信号は、増幅器35を介して信号処理装置
37に印加される。該信号処理装置は、信号の適
当な較正および補正を全て行なうよう構成されて
いるが、本来は、中央処理装置に信号を伝送する
ものである。信号は、該中央処理装置で表示装置
に印加すべく処理され、検査している身体内の
NMR量の分布を表示する像を生ずる。 本発明の説明を判りやすくするため、前記信号
処理装置37は別個に図示されているが、前記中
央処理装置29の一部を具合い良く形成していて
もよいことが判る。 本発明による装置は、また、磁界測定エラー信
号回路39も備えているが、前記磁界測定エラー
信号回路は、第2図に図示の如く検査している身
体43に対して適当な位置に設けられた磁界プロ
ーブX1、X2、Y1およびY2から増幅器41を介し
て信号を受信し、与えられる磁界を監視する。 次に、本発明による第1図および第2図の装置
の動作について第3図を参照しながら説明する。 まず、定常均一磁界Boがコイル1によつて与
えられるが、この磁界は、Z方向に沿う身体の検
査している領域に磁気整合平衡軸を定めるよう動
き、検査手順を通して一定のままである。 次いで、検査しようとする身体の平面スライス
に垂直な方向の磁界勾配、例えばZ方向に沿つた
勾配Gzがコイル7により身体に与えられる(第
3B図参照)。この勾配と共に、以下説明する理
由により、RF磁界パルスB1(90°)が与えられ
る(第3A図参照)。RF磁界の周波数は、検査し
ている身体スライスの選択された原子核、通常水
素の陽子、のラーモア周波数となる選択されてい
る。前記スライスは、Z方向に沿うある特定の磁
界勾配によつて定められ、該スライス内の原子核
が優先的に励起されるようになつている。RFパ
ルスの積分によつて、前記パルスは、前記励起さ
れた原子核のスピンをちようどX−Y面に傾ける
のに充分となり(よつて90°パルスと称す)、次い
で前記スピンがZ軸回りのX−Y面で歳差運動を
行なう。 次いで磁界勾配Gzが除去され、逆方向の−
Gz′の勾配と置換される。このことは、RFパルス
B1(90°)および勾配Gzの組合せによつて選択的
に励起されたスピンの位相を再調整する。勾配−
Gz′の大きさは、例えば英国特許第1578910号お
よび米国特許第4284948号に記載の如く、この勾
配が除去される時に前記スピンの位相が再調整さ
れるよう選択されている。 −Gz′勾配除去後のある選択された時間で、磁
界勾配Gy(第3C図参照)が、コイル5により、
前記スライス面に与えられる。このことは、スラ
イス内の励起されさスピンを周知の態様で位相符
号化するのに役立つ。 勾配Gyが除去された後、前記スライス面の勾
配Gx(第3D図参照)がコイル3により与えられ
るが、このことは、既知の態様で前記スライス内
のスピン周波数の分散させることによつて該スピ
ンを符号化するのに更に役立つ。 第3E図に図示の如く、勾配Gxを印加中コイ
ル10Aおよび10BによりX−Y面に成分を有
する前記スライス内の核スピンを検出することに
よつてデータが収集され、結果の検出された信号
が記憶される。 上記工程は、各回毎にGy勾配に対して異なる
値を用いて何度も繰り返される。各B1(90°)パ
ルス間に期間tRが経過してスピンが緩和される。 次いで上記手順が、各回毎に励起および検出開
始間の遅延時間TDの異なる選択値で何回も繰り
返される。 遅延時間TDの値の各変化に対して勾配Gxの印
加時間は対応してシフトされる。すなわち各検査
毎に勾配Gxの印加と同時に検出が開始されるよ
うになる。 次いで、記憶された信号は、空間スピン分布情
報を得るため二つの直交する方向XならびにYに
対して二次元フーリエ変換により既知の態様で処
理され、更に化学的シフト情報を得るため時間に
対してフーリエ変換される。 使用される勾配Gyの異なる値の数をnとする
と、n×n個の画素を有する空間分解能が得られ
る。得られた化学的シフト分解能は、使用される
時間遅延TDの異なる値の数の関数である。よつ
て、医療用の写像においてはよくあるように、例
えば水中に水素陽子と脂肪内の水素陽子とを識別
して脂肪の浸潤についての情報を得るため低い化
学的シフト分解能のみを必要とする場合、最低限
必要な異なるTD値の数(2)を越える小さな数、例
えば8つでも、十分、50から60マイクロ秒程度の
TDピーク値で適当に良質のデータ生成できる場
合が多い。上記既知比較方法によるデータ取得時
間n2TRと比較して8ntRの全データ取得時間が必要
である。 本発明による装置において、全データセツトを
取るのに必要な種々の検査を行なう順序は重要で
ないことが判る。 一実施例として述べた本発明による特定の装置
において、二次元のフーリエ変換像構成技術が用
いられているが、別の装置として、いわゆる後方
投射技術のような他の像構成技術が用いられても
よいことが判る。そのような別の装置では、上記
実施例の位相符号化勾配の種々の値に対してデー
タを収集する代わりに、実際のスピン検出中に与
えられる周波数符号化勾配の多数の異なる方向の
各方向に対してデータが収集される。
第1図は本発明によるNMR化学シフト写像装
置全体の構成を示す図、第2図は身体とプローブ
の位置関係を示す図、第3図は第1図の動作を説
明する波形図、である。 図中、1〜9はコイル、11〜19は駆動増幅
器、21〜27は制御回路、29は中央処理装
置、31は入力および他の周辺装置、33は表示
装置、35および41は増幅器、37は信号処理
装置、39は磁界測定エラー信号回路、43は身
体、を夫々示す。
置全体の構成を示す図、第2図は身体とプローブ
の位置関係を示す図、第3図は第1図の動作を説
明する波形図、である。 図中、1〜9はコイル、11〜19は駆動増幅
器、21〜27は制御回路、29は中央処理装
置、31は入力および他の周辺装置、33は表示
装置、35および41は増幅器、37は信号処理
装置、39は磁界測定エラー信号回路、43は身
体、を夫々示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 核磁気共鳴化学的シフト写像装置であつて、
複数の検査を実行するように構成された手段を備
え、各検査は、優先的に身体の選択された領域に
核スピンを励起し、磁気勾配(Gy)を与えて励
起されたスピンを符号化し、結果的に得られた符
号化されたスピンを表わすデータを収集すること
から成り、前記各検査は、異なる符号化勾配
(Gy)を用いて行なつて、空間画像情報を得るも
のであり、 前記手段は、前記複数の検査の各々を、毎回、
励起とデータ収集の開始との間の遅延時間の異な
る値を用いて多数回行なうことによつて、化学的
シフト情報を得るようにしたことを特徴とする核
磁気共鳴化学的シフト写像装置。 2 特許請求の範囲第1項記載の装置において、
前記各検査で、データ収集の間に磁界勾配を加
え、前記装置は、前記遅延時間の変化に対応し
て、データ収集中に加える前記勾配の時間を変化
させる手段を含んでいることを特徴とする装置。 3 特許請求の範囲第1項または第2項記載の装
置において、前記各検査中、前記符号化勾配は、
励起とデータ収集との間に加えられる位相符号化
勾配を含でおり、この値は、前記複数の検査の
各々に対して異なることを特徴とする装置。 4 特許請求の範囲第1項または第2項記載の装
置において、前記各検査中、前記符号化勾配は、
データ収集中に加えられる傾斜を含んでおり、そ
の方向は、前記複数の検査の各々に対して異なる
ことを特徴とする装置。 5 特許請求の範囲第1項、第2項、第3項また
は第4項記載の装置において、前記異なる遅延時
間の数は、前記複数の検査より少ないことを特徴
とする装置。
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GB8415078 | 1984-06-13 |
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