JPWO2011074470A1 - X線検出器及びx線ct装置 - Google Patents

X線検出器及びx線ct装置

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Abstract

コリメータ板の変形を軽減し、且つ容易に加工し設置することが可能なX線検出器及び、それを用いたX線CT装置を提供するために、コリメータ板と、X線入射方向から順に各々接合されたシンチレーターアレイと、光電変換素子アレイと、基板と、を有したX線検出器であって、前記コリメータ板のうち一対の対向した辺の一方を前記シンチレーターアレイ上に接合した下部支持板に接合し、他方を上部支持板に接合すると共に、前記対向した辺の向きが前記X線検出器を設置するX線CT装置の回転軸方向と同一となるように配置する。また、前記上部支持板に接合したコリメータ板の一辺と直交する方向の二辺に対し各々隣接する一対の固定柱を備え、該固定柱に前記上部支持板又は前記下部支持板の少なくとも一方を接合する。

Description

本発明は、X線を検出するX線検出器に関し、特にX線CT装置に好適に設置する技術に関する。
X線CT装置により被検体の部位を撮影する際、被検体を透過したX線を受光するシンチレーターに入射する余分な散乱線を除去するためにコリメータ板を配置していた(特許文献1参照)。
特開平8-243098号公報
しかしながら、特許文献1では、X線CT装置の回転周方向に対し、一定の間隔を置いて配置したコリメータ板と、回転軸方向からコリメータ板の両側を固定するための柱を設置している。柱にはコリメータ板を設置する為の溝が刻まれており、上記両側の2箇所でコリメータ板を固定している。
その為、X線CT装置の回転運動により発生する遠心力に対し、コリメータ板の強度不足からくる変形により、CT画像上にアーチファクトが発生する懸念があった。また、柱にはセラミック材等が使用されており、コリメータ板の数だけ溝を刻む必要があるため、高度な加工を必要とするセラミック材等を使用する際などは、その加工容易性に欠けるという課題があった。
そこで本発明の目的は、コリメータ板の変形を軽減し、且つ容易に加工し設置することが可能なX線検出器及び、それを用いたX線CT装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は、コリメータ板と、X線入射方向から順に各々接合されたシンチレーターアレイと、光電変換素子アレイと、基板と、を有したX線検出器であって、前記コリメータ板のうち一対の対向した辺の一方を前記シンチレーターアレイ上に接合した下部支持板に接合し、他方を下部支持板に対向する上部支持板に接合すると共に、前記対向した辺の向きが前記X線検出器を設置するX線CT装置の回転軸方向と同一となるように配置する。また、前記上部支持板に接合したコリメータ板の一辺と直交する方向の二辺に対し各々隣接する一対の固定柱を備え、該固定柱に前記上部支持板又は前記下部支持板の少なくとも一方を接合する。
本発明によれば、コリメータ板の変形を軽減し、且つ容易に加工し設置することが可能なX線検出器及び、それを用いたX線CT装置を提供することができる。
本発明の実施例に係るX線C T装置を示す全体構成図 実施例1のX線検出器を説明するための図 図2をa−a’断面から見たときのX線検出器の図 図2をb−b’断面から見たときのX線検出器の図 実施例2のX線検出器を説明するための図 実施例3のX線検出器を説明するための図 実施例3の別のX線検出器を説明するための図 実施例4のX線検出器を説明するための図 図8をc−c’断面から見たときのX線検出器の図 図8をd−d’断面から見たときのX線検出器の図 実施例5のX線検出器を説明するための図 実施例6のX線検出器を説明するための図 実施例6の別の一方のX線検出器を説明するための図
以下、添付図面に従って本発明のX線検出器及びX線CT装置について詳説する。なお、発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図1は本発明を適用したX線CT装置の全体構成図である。X線CT装置1はスキャンガントリ部100と操作卓120とを備える。スキャンガントリ部100は、X線管101と、回転円盤102と、X線管用コリメータ103と、X線検出器106と、データ収集装置107と、寝台105と、ガントリ制御装置108と、寝台制御装置109と、X線制御装置110と、を備えている。X線管101は寝台105上に載置された被検体にX線を照射する装置である。X線管用コリメータ103はX線管101から照射されるX線の放射範囲を制限する装置である。回転円盤102は、寝台105上に載置された被検体が入る開口部104を備えるとともに、X線管101とX線検出器106を搭載し、被検体の周囲を回転するものである。
X線検出器106は、X線管101と対向配置され被検体を透過したX線を検出することにより透過X線の空間的な分布を計測する装置であり、多数のシンチレーターアレイ106bとシンチレーターアレイ106bに入射する余分な散乱線を除去するためにコリメータ板106aを回転円盤102の回転方向に配列したもの、若しくは回転円盤102の回転方向と回転軸方向との2次元に配列したものである。シンチレーターアレイ106bは、検出したX線を可視光に変換する。
変換された可視光は光電変換素子アレイ(特に図示しない)によって電気信号に変換され、データ収集装置107に送信される。データ収集装置107は、X線検出器106で検出されたX線量をデジタルデータとして収集する装置である。ガントリ制御装置108は回転円盤102の回転を制御する装置である。寝台制御装置109は、寝台105の上下前後動を制御する装置である。X線制御装置110はX線管101に入力される電力を制御する装置である。
操作卓120は、入力装置121と、画像演算装置122と、表示装置125と、記憶装置123と、システム制御装置124とを備えている。入力装置121は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置122は、データ収集装置107から送出される計測データを演算処理してCT画像再構成を行う装置である。表示装置125は、画像演算装置122で作成されたCT画像を表示する装置であり、具体的にはCRT(Cathode-Ray Tube)や液晶ディスプレイ等である。記憶装置123は、データ収集装置107で収集したデータ、画像演算装置122で作成されたCT画像の画像データ及びスキャンプロトコル毎の被検体情報と被検体の体軸方向の撮影長さとの相関を持たせた製品出荷時にあらかじめ蓄積させたデータ(以下「蓄積データ」という。)を記憶する装置であり、具体的にはHDD(Hard Disk Drive)等である。
システム制御装置124は、これらの装置及びガントリ制御装置108と寝台制御装置109とX線制御装置110を制御する装置である。入力装置121から入力された撮影条件、特にX線管電圧やX線管電流などに基づきX線制御装置110がX線管101に入力される電力を制御することにより、X線管101は撮影条件に応じたX線を被検体に照射する。X線検出器106は、X線管101から照射され被検体を透過したX線を多数のX線検出素子で検出し、透過X線の分布を計測する。回転円盤102はガントリ制御装置108により制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特に回転速度などに基づいて回転する。寝台105は寝台制御装置109によって制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特にらせんピッチなどに基づいて動作する。
X線管101からのX線照射とX線検出器106による透過X線分布の計測が回転円盤102の回転とともに繰り返されることにより、様々な角度からの投影データが取得される。取得された様々な角度からの投影データは画像演算装置122に送信される。画像演算装置122は送信された様々な角度からの投影データを逆投影処理することによりCT画像を再構成する。再構成して得られたCT画像は表示装置125に表示される。
次に、本発明の実施例1について図2乃至図4を用いて説明する。
図2に示したX線検出器2は、図1に示したX線検出器106の一部を詳細に示したものである。また、図1に図示しているX線検出器106はX線CT装置1の回転軸方向から見た場合の図であり、これに対し、図2のX線検出器2はX線CT装置1の回転周方向から見た場合の図である。図3は図2に示すa−a’断面から矢印方向に見た場合のX線検出器2である。図4は図2に示すb−b’断面から矢印方向に見た場合のX線検出器2である。
本実施例のX線検出器2は、X線の入射を受ける方向(以後、X線入射方向21)から順にシンチレーターアレイ203、光電変換素子アレイ202、基板201を各々接合して設置する。
シンチレーターアレイ203のX線入射方向21側の表面(以後、X線入射面)には、X線CT装置1の回転周方向に対し略一定の間隔でコリメータ板204の固定を行う為の下部支持板206を設ける。下部支持板206はシンチレーターアレイ203のX線入射面に接着剤を用いて接着される。コリメータ板204は四角形の板形状をしており、その一辺を下部支持板206に接合し、該一辺と対向する一辺を、下部支持板に対向する上部支持板205に接着剤等を用いて接着し固定している。
つまり、コリメータ板204は、X線CT装置1の回転軸方向と同一となる向きの互いに対向する二辺を、それぞれ下部支持板206と上部支持板205とで挟み込む形で設置される。本実施例ではコリメータ板204を四角形としたが一対の対向した辺を持つ多角形であればよい。
下部支持板206及び上部支持板205には、複数のコリメータ板204を位置決めし、設置するための下部支持板溝206a及び上部支持板溝205aがそれぞれに設けられている。複数のコリメータ板204はX線CT装置1の回転周方向に対し略一定の間隔で配置されるため、下部支持板206に設けられた複数の下部支持板溝206aの間隔に対し、上部支持板205に設けられた複数の上部支持板溝205aの間隔を狭くする(特に図示はしない)。
下部支持板206及び上部支持板205の材質にはX線の減弱を最小限に抑えるために樹脂性材料を使用する。樹脂性材料としてポリカーボネイト等があり、ポリカーボネイトに金型による射出成型を用いることで容易に下部支持板206と上部支持板205にそれぞれ下部支持板溝206aと上部支持板溝205aを形成することができる。
以上説明した様に本実施例のX線検出器2は、コリメータ板204の設置に際し、コリメータ板204のX線CT装置1の回転軸方向と同一となる向きであり、かつそれぞれが互いに対向する二辺を、それぞれ下部支持板206と上部支持板205とで挟み込む形で設置することで、X線CT装置の回転運動により発生する遠心力によるコリメータ板204の変形を軽減し、該変形により発生するCT画像上にアーチファクトを軽減することができる。
次に、本発明の実施例2について図5を用いて説明する。
図5に示すX線検出器5は、実施例1で示した図2とはまた異なる実施形態を示した図である。実施例1と異なる部分について説明する。
実施例1のX線検出器2に対し、実施例2のX線検出器5はコリメータ板204を設置するための下部支持板206を用いていない。下部支持板206に変わり、シンチレーターアレイ203のX線入射面の一部にコリメータ板204の位置決めと固定を行う為のシンチレーター溝203aを設ける。シンチレーターアレイ203に設ける複数のシンチレーター溝203aの間隔は実施例1の場合と同様の理由により上部支持板205に設けられた複数の上部支持板溝205aの間隔より広くする(特に図示はしない)。
以上説明した様に本実施例のX線検出器5は、シンチレーターアレイ301に溝を設け、コリメータ板204の一辺を設置するため、下部支持板206を必要としないため、より軽量にX線検出器5を構成することができる。
次に、本発明の実施例3について図6を用いて説明する。
図6に示すX線検出器6は、実施例1で示した図2とはまた異なる実施形態を示した図である。実施例1と異なる部分について説明する。
実施例1のX線検出器2のコリメータ板204の設置構成に対し、実施例3のX線検出器6では、下部支持板206及び上部支持板205を、上部支持板205に接合したコリメータ板204の一辺と直交する方向の二辺に対し各々隣接する一対の固定柱601を用いて接合する。また、固定柱601は基板201に接合する。
以上説明した様に本実施例のX線検出器6は、下部支持板206及び上部支持板205を、基板201に接合した固定柱601に接合することで、X線CT装置の回転運動により発生する遠心力によるコリメータ板204の変形を、実施例1に対しさらに軽減することができ、該変形により発生するCT画像上にアーチファクトを軽減することができる。
本実施例はこれに限られることなく、例えば、図7に示すX線検出器7のように、上部支持板205のみを固定柱601を用いて接合してもよい。図7に示すX線検出器7は、図5に示したX線検出器5に対し固定柱601を用いて上部支持板205を接合したものである。図7に示すX線検出器7は、X線検出器6に対し部品点数を減らすことができ、さらに下部支持板206を用いないため、下部支持板206によるエックス線の減弱を無くす事ができる。
次に、本発明の実施例4について図8乃至図10を用いて説明する。
図8に示したX線検出器8は、図1に示したX線検出器106の一部を詳細に示したものである。また、図1に図示しているX線検出器106はX線CT装置1の回転軸方向から見た場合の図であり、これに対し、図8のX線検出器8はX線CT装置1の回転周方向から見た場合の図である。図9は図8に示すc−c’断面から矢印方向に見た場合のX線検出器8である。図10は図8に示すd−d’断面から矢印方向に見た場合のX線検出器8である。
本実施例のX線検出器8は、基板201に設置した固定柱801の底部801aと対向する頂部801bに、コリメータ板204に向けて複数のコリメータ板204を固定する為の櫛型形状をした櫛型溝802aを有する櫛型金属板802を備えており、コリメータ板204は、この櫛型金属板802と、シンチレーター溝203aと、上部支持板803の4箇所によって固定される。
櫛型溝802aの形成には櫛型金属板802を複数枚重ねた後、ダイヤモンド刃やマルチワイヤソーにより同時加工することで、容易に複数の櫛型金属板802を構成することができる。
櫛型金属板802は、櫛型溝802aとシンチレーター溝203aとの溝の位置関係を保持した状態で、コリメータ板204の辺の一部を櫛型溝802aに接合させる。複数のコリメータ板204は隣接するコリメータ板204との間でX線CT装置1の回転周方向に対し放射状に配置するため、櫛型溝802aの溝間の間隔とシンチレーター溝203aの溝間の間隔は異なる場合がある。より具体的にはX線CT装置1の回転軸に対しシンチレーター溝203aより内側に位置する櫛型溝802aの間隔が、シンチレーター溝203aの溝の間隔より短くなる。
上部支持板803は、上部支持板205に設けられている上部支持板溝205aと同様に、コリメータ板204の一辺を固定するための上部支持板溝803aが設けられている。よって、より具体的には、コリメータ板204の一辺は、上部支持板803に設けられた上部支持板溝803aに接合され固定される。
上部支持板803を設置する際は、基板201上の全てのコリメータ板204が櫛型溝802aとシンチレーター溝203aにより接合した後、上部支持板溝803aとコリメータ板204を合わせ、コリメータ板204を覆うように上部支持板803でコリメータ板204を固定する。上部支持板溝803aとコリメータ板204の接合には、樹脂の硬化収縮を抑える目的として常温に近い温度で硬化する接着剤等を用いることが好ましい。また、コリメータ板204を固定した上部支持板803は固定柱801の上部にネジ804、または接着剤等で接合する。
上部支持板803の材質にはX線の減弱を最小限に抑えるために樹脂性材料を使用する。樹脂性材料としてポリカーボネイト等があり、ポリカーボネイトに上部支持板溝803aを形成する際は、上部支持板溝205aの形成する際の方法と同様の方法を用いることができる。
固定柱801には加工精度の得やすいセラミックや真鍮等の材料を用いる。セラミック材は軽量であるが加工容易性に欠ける。しかし、本実施例ではセラミック材を使用した場合でも、コリメータ板204毎にコリメータ板204を固定する溝をセラミック材に形成する必要がないため加工容易性を低減することなく実施できる。
本実施例はこれに限らず、例えば、シンチレーター溝203aの代わりに下部支持板206を用いてコリメータ板204を設置した場合にも適用することができることは言うまでもない。
以上説明した様に本実施例のX線検出器8は、コリメータ板204を、櫛型金属板802と、シンチレーター溝203a又は下部支持板206と、上部支持板803の四方から固定することで、X線CT装置の回転運動により発生する遠心力によるコリメータ板204の変形を、実施例3に対しさらに軽減することができ、該変形により発生するCT画像上にアーチファクトを軽減することができる。
次に、本発明の実施例5について図11を用いて説明する。
図11に示したX線検出器11は、図8に示したX線検出器8に対し、さらに櫛型金属板805を用いてコリメータ板204を固定している。
櫛型金属板805は櫛型金属板802と同様にコリメータ板204を固定する為の櫛型形状をした櫛型溝(特に図示しない)を有し、その他、形状、及び材料は櫛型金属板802と同様である。コリメータ板204は、櫛型金属板805の櫛型溝によって固定される。
櫛型金属板805は、固定柱1101の略中部に基板201と略水平となるように形成したスリット1101aに設置する。固定柱1101に、固定柱801と同様セラミックや真鍮等の材料を用いた場合でも、コリメータ板204毎に応じた溝をセラミック材や真鍮等に形成する必要がないため加工容易性を低減することなく実施できる。
以上説明した様に本実施例のX線検出器11は、櫛型金属板802を加え櫛型金属板805を用いてコリメータ板204の接合箇所を増やし、計6箇所で固定することにより、X線CT装置の回転運動により発生する遠心力によるコリメータ板204の変形を、実施例4に対しさらに軽減することができ、該変形により発生するCT画像上にアーチファクトを軽減することができる。
本実施例はこれに限られることない。固定柱1101にさらにスリット1101aと同質のスリットを設け、該スリットに櫛型金属板805と同一の櫛型金属板によりコリメータ板204の
接合箇所を増やしてもよい。
次に、本発明の実施例6について図12を用いて説明する。
図12に示したX線検出器12は、X線CT装置1の回転軸方向に複数のシンチレーターアレイ203及び光電変換素子アレイ202を基板201に配置した場合を示した図である。
ここで、各シンチレーターアレイ203及び光電変換素子アレイ202について詳説する。各シンチレーターアレイ203及び光電変換素子アレイ202には、例えばX線CT装置1の回転軸方向に対して各素子が16列配置されている。該16列の素子を備えたシンチレーターアレイ203及び光電変換素子アレイ202を一つのモジュールとして基板201に複数、例えば16モジュール配置することで256列のような多列の検出器を備えるX線検出器を構成することができる。図12に示したX線検出器12は、前記モジュールを2つ配置した場合の図である。モジュール毎に区切るのは各素子の製造上の各種制限等によるものである。
上記のように各モジュールをX線CT装置1の回転軸方向に対し複数配置した場合、モジュール毎にそれぞれコリメータ板204を配置し、1枚の下部支持板2061及び上部支持板2051を用いて、複数枚、ここでは2枚のコリメータ板204を固定する。コリメータ板204毎に下部支持板及び上部支持板を用いて、コリメータ板204を固定する場合に比べ、一度に複数のコリメータ板204を固定することができるため容易に構成することができる。
当然、コリメータ板204毎に下部支持板及び上部支持板を用いてコリメータ板204を固定してもよい。
以上説明した様に本実施例のX線検出器12は、複数のモジュールをX線CT装置1の回転軸方向に対し複数配置した場合においても、各モジュールに配置したコリメータ板204を各々1枚の下部支持板2061及び上部支持板2051を用いて固定することで容易に構成することができる。
本実施例はこれに限られることない。
例えば、図13に示すX線検出器13のように、複数のコリメータ板204の固定に際し、1枚で複数のコリメータ板204を固定する上部支持板2051と、1枚のコリメータ板204毎に用いる下部支持板206と、を組み合わせて用いてもよい。
1 X線CT装置、2、5、6、8 X線検出器、21 X線入射方向、100 スキャンガントリ部、101 X線管、102 回転円盤、103 X線管用コリメータ、104 開口部、105 寝台、106 X線検出器、106a、204 コリメータ板、106b シンチレーターアレイ、107 データ収集装置、108 ガントリ制御装置、109 寝台制御装置、110 X線制御装置、120 操作卓、121 入力装置、122 画像演算装置、123 記憶装置、124 システム制御装置、125 表示装置、201 基板、202 光電変換素子アレイ、203 シンチレーターアレイ、203a シンチレーター溝、205、2051 上部支持板、205a 上部支持板溝、206、2061 下部支持板、206a 下部支持板溝、301 シンチレーターアレイ、601、801 固定柱、801a 底部、801b 頂部、802 櫛型金属板、802a 櫛型溝、803上部支持板803、803a 上部支持板溝、804 ネジ、805 櫛型金属板、1101 固定柱、1101a スリット
1 X線CT装置、2、5、6、8 X線検出器、21 X線入射方向、100 スキャンガントリ部、101 X線管、102 回転円盤、103 X線管用コリメータ、104 開口部、105 寝台、106 X線検出器、106a、204 コリメータ板、106b シンチレーターアレイ、107 データ収集装置、108 ガントリ制御装置、109 寝台制御装置、110 X線制御装置、120 操作卓、121 入力装置、122 画像演算装置、123 記憶装置、124 システム制御装置、125 表示装置、201 基板、202 光電変換素子アレイ、203 シンチレーターアレイ、203a シンチレーター溝、205、2051 上部支持板、205a 上部支持板溝、206、2061 下部支持板、206a 下部支持板溝、301 シンチレーターアレイ、601、801 固定柱、801a 底部、801b 頂部、802 櫛型金属板、802a 櫛型溝、803上部支持板、803a 上部支持板溝、804 ネジ、805 櫛型金属板、1101 固定柱、1101a スリット

Claims (8)

  1. 被検体にX線を照射するX線源と、前記X線源に対向配置され前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、前記X線源と前記X線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記X線検出器により検出された透過X線量に基づき被検体の断層画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成された断層画像を表示する画像表示装置と、を備えたX線CT装置であって、
    前記X線検出器は、コリメータ板と、X線入射方向から順に各々接合されたシンチレーターアレイと、光電変換素子アレイと、基板と、を有し、前記コリメータ板は、前記コリメータ板のうち一対の対向した辺の一方を前記シンチレーターアレイ上に接合した下部支持板に接合し、他方を上部支持板に接合すると共に、前記対向した辺の向きが前記X線CT装置の回転軸方向と同一となるように配置することを特徴とするX線CT装置。
  2. 被検体にX線を照射するX線源と、前記X線源に対向配置され前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、前記X線源と前記X線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記X線検出器により検出された透過X線量に基づき被検体の断層画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成された断層画像を表示する画像表示装置と、を備えたX線CT装置であって、
    前記X線検出器は、コリメータ板と、X線入射方向から順に各々接合されたシンチレーターアレイと、光電変換素子アレイと、基板と、を有し、前記コリメータ板は、前記コリメータ板のうち一対の対向した辺の一方を前記シンチレーターアレイのX線入射面に接合し、他方を上部支持板に接合すると共に、前記対向した辺の向きが前記X線CT装置の回転軸方向と同一となるように配置することを特徴とするX線CT装置。
  3. 前記上部支持板に接合したコリメータ板の一辺と直交する方向の二辺に対し各々隣接する一対の固定柱を備え、該固定柱に前記上部支持板又は前記下部支持板の少なくとも一方を接合することを特徴とする請求項1記載のX線CT装置。
  4. 前記上部支持板に接合したコリメータ板の一辺と直交する方向の二辺に対し各々隣接する一対の固定柱を備え、該固定柱に前記上部支持板を接合することを特徴とする請求項2記載のX線CT装置。
  5. コリメータ板と、X線入射方向から順に各々接合されたシンチレーターアレイと、光電変換素子アレイと、基板と、を有するX線検出器であって、
    前記コリメータ板は、前記コリメータ板のうち一対の対向した辺の一方を前記シンチレーターアレイのX線入射面に接合し、他方を上部支持板に接合すると共に、前記対向した辺と直交する方向の前記コリメータ板の二辺の各々の一箇所または複数箇所を櫛型金属板で接合することを特徴とするX線検出器。
  6. 前記上部支持板に接合したコリメータ板の一辺と直交する方向の二辺に対し各々隣接する一対の固定柱を備え、該固定柱に、前記上部支持板及び前記櫛型金属板を接合することを特徴とする請求項5記載のX線検出器。
  7. 前記固定柱の略中部に、前記基板と略水平となるようにスリットを設けると共に、前記スリットに前記櫛型金属板を接合することを特徴とする請求項6記載のX線検出器。
  8. 被検体にX線を照射するX線源と、前記X線源に対向配置され前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、前記X線源と前記X線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記X線検出器により検出された透過X線量に基づき被検体の断層画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成された断層画像を表示する画像表示装置と、を備えたX線CT装置であって、
    前記X線検出器は請求項5記載のX線検出器であることを特徴とするX線CT装置。
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