(57)【要約】対象物の放射線画像データを記録する装置は、放射線を放出する放射線源装置（３）と、放出される放射線の放射線経路に配置され、放射線画像データの記録中に対象物を収容するために設けられる対象物ホルダ（５）と、対象物と相互作用した放射線を検出する検出器装置（６）と、放射線源装置および検出器装置が固定される支持構造（２）と、検出器装置が対象物と相互作用した放射線を検出する間に、支持構造または対象物ホルダのいずれか一つを他方の支持構造または対象物ホルダのいずれかに対して円錐振り子運動させるために設けられる走査デバイスとを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の放射線画像データを記録する装置であって、
放射線を放出する放射線源装置（３）と、
放出された前記放射線の放射線経路に配置され、前記放射線画像データの記録中に前記対象物を収容するために設けられる対象物ホルダ（５）と、
前記対象物と相互作用した放射線を検出する検出器装置（６）と、
前記放射線源装置および前記検出器装置が固定される支持構造（２）と
を備える装置において、
前記検出器装置が前記対象物と相互作用した放射線を検出して前記対象物の前記放射線画像データを記録する間に、前記支持構造または前記対象物ホルダのいずれか一つを、前記支持構造または前記対象物ホルダの他方の一つに対して円錐振り子運動させるために設けられる走査デバイス（１０）を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記走査デバイスは、前記支持構造または前記対象物ホルダのいずれか一つを、垂直軸（ｚ）を中心として運動させるために設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記走査デバイスは、前記検出器装置が前記対象物と相互作用した放射線を検出する間に、前記支持構造または前記対象物ホルダのいずれか一つに楕円錘振り子運動させるために設けられる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記走査デバイスは、前記検出器装置が前記対象物と相互作用した放射線を検出する間に、前記支持構造または前記対象物ホルダのいずれか一つに円錐半径が変化する円錐振り子運動をさせるために設けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記走査デバイスは、前記検出器装置が前記対象物と相互作用した放射線を検出する間に、前記支持構造または前記対象物ホルダのいずれか一つに、前記対象物の外側に回転中心を有する円錐振り子運動をさせるために設けられる、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記回転中心は、前記検出器装置の下流または前記放射線源装置の上流に位置する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記走査デバイスは、前記支持構造または前記対象物ホルダのいずれか一つを前記円錐振り子運動で基本的に完全に１回転させるために設けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記検出器装置は、前記円錐振り子運動中に、前記対象物と相互作用した放射線を繰り返して検出するために設けられる、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記検出器装置は、円錐振り子運動の各回転中に、前記対象物と、少なくとも複数回、好ましくは少なくとも１０回、より好ましくは少なくとも１００回、最も好ましくは少なくとも１０００回、相互作用した放射線を検出するために設けられる、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記検出器装置はライン検出器のスタックを備え、前記ライン検出器の各々は前記放射線源装置に向けられており、放射線束が複数の異なる角度のそれぞれ一つで伝播して前記ライン検出器に入ることを可能にし、
前記ライン検出器の各々は異なる角度で前記対象物を透過する放射線の線画像を記録するために設けられる、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記検出器装置はライン検出器のスタックを備え、前記ライン検出器は各々が気体ベースの電離検出器であり、放射線による電離の結果として解放された電子は前記放射線の方向に対して基本的に垂直な方向に加速される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記検出器装置は、シンチレータベース検出器、ＰＩＮダイオードアレイ、ＴＦＴアレイ、ＣＭＯＳピクセル検出器、ＣＣＤアレイ、液体ベース検出器、または固体検出器を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
記録された前記放射線画像データから前記対象物の三次元放射線またはトモシンセシス画像のいずれかを作成するために設けられた画像処理デバイスを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
対象物の放射線画像データを記録する方法であって、
放射線源装置（３）によって放射線を放出すること、
前記放射線画像データの記録中に放出された前記放射線の放射線経路に対象物を配置すること、
前記対象物と相互作用した放射線を検出器装置（６）によって検出すること
を含む方法において、
前記対象物と相互作用した放射線を検出して前記対象物の前記放射線画像データを記録する間に、前記放射線源装置および前記検出器装置か、または前記対象物のいずれかを、前記放射線源装置および前記検出器装置か、または前記対象物の他方の一つに対して円錐振り子運動させるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記対象物と相互作用した放射線が検出される間に、前記放射線源装置および前記検出器装置か、または前記対象物ホルダのいずれかは楕円錘振り子運動させられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記対象物と相互作用した放射線が検出される間に、前記放射線源装置および前記検出器装置か、または前記対象物ホルダのいずれかは円錐半径が変化する円錘振り子運動をさせられる、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記対象物と相互作用した放射線が検出される間に、前記放射線源装置および前記検出器装置か、または前記対象物ホルダのいずれかは楕円錘振り子運動させられる、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記対象物と相互作用した放射線が検出される間に、前記放射線源装置および前記検出器装置か、または前記対象物ホルダのいずれかは前記対象物の外側に回転中心を有する円錐振り子運動をさせられる、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記回転中心は、前記検出器装置の下流または前記放射線源装置の上流に位置する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記対象物と相互作用した放射線が検出される間に、前記放射線源装置および前記検出器装置か、または前記対象物ホルダのいずれかは円錐振り子運動で基本的に完全に１回転させられる、請求項１４から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記記録された放射線画像データからデジタル画像処理によって前記対象物の三次元放射線画像またはトモシンセシス画像のいずれかを作成することを含む、請求項１４から２０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、放射線検査に関し、特に、対象物の放射線画像データを記録する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線医療診断では、検査される腹部臓器などの患者の一部分の一つまたは複数の画像が作成される。トモシンセシス・イメージングでは、複数の画像が様々な角度で取得される。複数の画像をシフトして加えることによって、検査されている患者の任意の平面を再現することが可能である。
【０００３】
さらに、電離放射線を検出する様々なライン検出器（ｌｉｎｅ  ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）が当技術分野で周知である。このような検出器は瞬時の一次元イメージングを提供するが、二次元画像化はライン検出器とオプションとしての放射線源とを一次元検出器アレイに対して直角方向に走査することによってのみ実現され得る。複数の画像を様々な角度で取得する必要があるトモシンセシスでこのような検出器を使用するためには、多大な時間を必要とするであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、多くの角度からのデータを記録するときに対象物の放射線画像データを高速で同時に記録する装置および方法をそれぞれ提供することである。
本発明のさらなる目的は、複雑でなく、高い空間分解能、信号対ノイズ比、ダイナミックレンジ、および画像コントラストを有する三次元トモシンセシス画像などの高品質三次元放射線画像と、二次元投影画像などの高品質二次元放射線画像とを生成する放射線画像を記録することができ、さらに画像化対象物に最小限の放射線が照射されるような装置および方法を提供することである。
【０００５】
本発明のさらにさらなる目的は、対象物の少なくとも複数の一次元画像を複数の一次元検出器によって、また、対象物の少なくとも複数の二次元画像を走査することによって瞬時に記録することができるような装置および方法を提供することであり、この場合、対象物の一次元画像の各々は異なる角度で記録される。
【０００６】
本発明のさらになおさらなる目的は、信頼性が高く、正確で、安価であるような方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
とりわけ、前述の目的は、添付の特許請求の範囲で主張される装置および方法によって実現される。
本発明の第一の態様によると、対象物の放射線画像データを記録する装置が提供される。装置は、放射線を放出する放射線源装置と、放射線画像データの記録中に対象物を収容する、放出放射線の放射線経路に配置される対象物ホルダと、対象物と相互作用した放射線を検出する検出器装置と、放射線源装置および検出器装置が固定される支持構造と、検出器装置は対象物と相互作用した放射線を検出する間に、支持構造および対象物ホルダのいずれか一つを支持構造および対象物ホルダの他方の一つに対して円錐振り子運動させる走査デバイスとを備える。これによって、対象物の放射線画像データが記録される。
【０００８】
一実施形態において、検出器装置が対象物と相互作用した放射線を検出する間に、走査デバイスは、支持構造または対象物ホルダのいずれか一つに楕円錐振り子運動をさせる。
別の実施形態において、検出器装置が対象物と相互作用した放射線を検出する間に、走査デバイスは支持構造または対象物ホルダのいずれか一つに円錐半径が変化する円錐振り子運動をさせる。
【０００９】
好ましくは、検出器装置が対象物と相互作用した放射線を検出する間に、走査デバイスは支持構造または対象物ホルダのいずれか一つに、検出器装置の下流または放射線源装置の上流に回転中心を有する円錐振り子運動をさせる。装置は、放射線源装置、対象物ホルダ、および検出器装置が上から下に垂直に配向されるならば、回転中心は検出器装置の下方または放射線源装置の上方に位置することが好ましい。
【００１０】
本発明は、多くの角度からのデータが記録されるときに対象物の放射線画像データを高速で同時に記録する。放射線画像データからは、対象物の三次元放射線画像、二次元放射線画像、二次元放射線投影画像、三次元トモシンセシス画像、または二次元トモシンセシス画像のいずれかが生成され得る。
【００１１】
本発明の第二の態様によると、対象物の放射線画像データを記録する方法が提供される。方法によると、放射線は放射線源によって放出され、対象物は放射線画像データの記録中に放出放射線の放射線経路に配置され、対象物と相互作用した放射線が検出されて、対象物の放射線画像データが記録される間に、放射線源装置および検出器装置か、または対象物のいずれかは放射線源装置および検出器装置か、または対象物の他方の一つに対して円錐振り子運動させられる。
【００１２】
本発明は、健康診断、手荷物検査、および材料試験などの複数の技術分野において適用可能である。特に、本発明は、あらゆる種類の腹部臓器検査に適用可能である。
本発明のさらなる特徴およびその利点は、以下に記載される本発明の実施形態の詳細説明と添付の図１とから明らかになるであろうし、図１は本発明の単なる実例として掲載されており、したがって、本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による対象物の放射線画像データを記録する装置を斜視図で概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１の装置は支持構造２を備えており、支持構造２には放射線源装置３、コリメータ／フィルタ装置４、および検出器装置６が固定され、好ましくは強固に固定される。
放射線源装置３は、放射線を放出するために設けられ、好ましくは発散Ｘ線管（ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ  Ｘ−ｒａｙ  ｔｕｂｅ）を備えており、発散Ｘ線管は対称軸を中心としてＸ線を発生する。
【００１５】
検出器装置６は、対象物と相互作用した放射線を検出ために設けられる。典型的に、検出器装置６は、一次元検出器の一つまたは複数のスタックを備える。
一実施形態において、検出器装置６はライン検出器のスタックを備えており、ライン検出器の各々は放射線源装置２に向けられており、放射線束が複数の異なる角度のそれぞれ一つで伝播してライン検出器に入ることを可能にし、ライン検出器の各々は異なる角度で対象物を透過するような放射線の線画像を記録するために設けられる。
【００１６】
代替的または追加的に、検出器装置６は、各々が気体ベース電離検出器（ｇａｓｅｏｕｓ−ｂａｓｅｄ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であるライン検出器のスタックを備えていてもよく、放射線による電離の結果として解放された電子は放射線の方向に対して基本的に垂直な方向に加速される。
【００１７】
上記種類の検出器装置および検出器は、スウェーデンのエックスカウンター  アーベー（ＸＣｏｕｎｔｅｒ  ＡＢ）社に譲渡された以下の米国特許にさらに詳述されており、その内容は参照することによって本明細書に組み入れられる：米国特許第６，１１８，１２５号明細書、米国特許第６，３３７，４８２号明細書、米国特許第６，３７３，０６５号明細書、米国特許第６，４１４，３１７号明細書、米国特許第６，４７６，３９７号明細書、米国特許第６，４７７，２２３号明細書、米国特許第６，５１８，５７８号明細書、米国特許第６，５２２，７２２号明細書、米国特許第６，５４６，０７０号明細書、米国特許第６，６００，８０４号明細書、米国特許第６，７８４，４３６号明細書、米国特許第６，８５６，６６９号明細書、米国特許第６，８７３，６８２号明細書、米国特許第６，９４０，９４２号明細書、米国特許第７，０１６，４５８号明細書、米国特許第７，０２０，２３７号明細書、米国特許第７，０９９，４３６号明細書、米国特許第７，１２７，０２９号明細書、米国特許第７，１６４，７４８号明細書、および米国特許第７，１８０，９７７号明細書。
【００１８】
さらに代替的に、検出器装置６は、一次元または二次元シンチレータベース検出器（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ−ｂａｓｅｄ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、ＰＩＮダイオードアレイ、ＴＦＴアレイ、ＣＭＯＳピクセル検出器、ＣＣＤアレイ、液体ベース検出器、または固体（ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ）検出器を備えていてもよい。
【００１９】
コリメータ／フィルタ装置４は、オプションであり、エッチング除去された狭い放射線透過スリットを有する、たとえば、タングステンの薄箔を備えていてもよく、スリットの数は検出器装置６のライン検出器の数に対応する。スリットは、コリメータ／フィルタ装置４のスリットを通過するＸ線がそれぞれの線束として検出器装置６のライン検出器に達するように検出器装置６のライン検出器と整列される。コリメータ／フィルタ装置４は、検出器装置６のライン検出器に直接向けられない放射線が検査対象物に作用することを阻止して、対象物への放射線量を低減する。これは、対象物が人間や動物、またはその一部分である用途のすべてにとって有利である。
【００２０】
さらに、コリメータ／フィルタ装置４は放射線をろ過するための薄箔を備えていてもよい。
一実施形態において、コリメータ／フィルタ装置４は、２つの異なる動作モードで１モードずつ動作することができ、各動作モードは異なるフィルタ特性を有する。このような場合、コリメータ／フィルタ装置４は、結果的に二重エネルギ検出が行われるように複数の検出の少なくとも一つおきに動作モードを変更するために設けられる。
【００２１】
代替的に、コリメータ／フィルタ装置４はフィルタ部のアレイを備えており、フィルタ部は異なるフィルタ特性を有し、異なるフィルタ部が狭い放射線透過スリットの異なるスリットを覆う。また、この場合、二重エネルギ検出が有効にされる。
【００２２】
前述の実施形態は、スウェーデンのエックスカウンター  アーベー（ＸＣｏｕｎｔｅｒ  ＡＢ）社に譲渡された米国特許第７，０２７，５６１号明細書にさらに詳述されており、その内容は参照することによって本明細書に組み入れられる。
【００２３】
図１の装置は、支持構造２（したがって、放射線源装置３、オプションのコリメータ／フィルタ装置４、および検出器装置６）に円錐振り子運動をさせるために設けられた走査デバイス１０を備えており、検出器装置６は対象物と相互作用した放射線を検出し、好ましくは繰り返して検出して対象物の放射線画像データを記録する。円錐振り子運動は、典型的に、垂直軸ｚを中心として行われる。
【００２４】
これによって、対象物の放射線画像データは、入射放射線に対して多数の様々な角度で記録され得る。このような大きい角度の放射線画像データは、ｚ方向、すなわち、入射放射線と基本的に平行な方向で高い空間分解能を提供する。さらに、円錐振り子運動は、歳差運動（ｐｒｅｃｅｓｓｉｏｎ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ）と類似しており、所与の経路に沿った、好ましくは経路のみに沿った一方向の連続走査を提供する。したがって、高速での測定が有効にされる。
【００２５】
走査デバイス１０は、支持フレーム１１、支持フレーム１１の上部１１ａに回転可能に取り付けられたアーム１２、および支持フレーム１１の下部１１ｂに旋回可能に取り付けられた部材８を備える。
【００２６】
アーム１２は、ｚ軸と平行な垂直軸１３を中心として、たとえば、モーター（図示せず）によって回転可能である。支持構造２の上端部２ａは、支持構造２が回転されずにアーム１０が回転すると支持構造２の上端部２ａが水平面（ｘｙ平面）内の円を中心として移動されるようにアーム１２の外端部１２ａから吊るされている。
【００２７】
部材８は、ｙ軸と平行な軸１４を中心として旋回可能であり、支持構造２がｘ軸に平行な軸１５を中心として旋回可能であるように支持構造２に旋回可能に取り付けられる。
放射線画像データの記録中に対象物を収容する対象物ホルダ５は、放射線源装置３から放出される放射線の放射線経路内に配置される。対象物ホルダ５は、オプションのコリメータ／フィルタ装置４と部材８との留め具間で支持フレーム１１に強固に取り付けられ、この目的のために、対象物ホルダ５は支持構造２が貫通して延びる開口を備える。したがって、静止状態の対象物を透過する放射線は、典型的に、検出器装置６によって検出される。
【００２８】
走査デバイス１０は、支持構造２に、検出器装置６の下流、すなわち、検出器装置６の下方に回転中心１６を有する円錐振り子運動をさせる。代わりに、回転中心は放射線源装置３の上流、すなわち、放射線源装置３の上方に、検出器装置６または放射線源装置３と同じ高さに、あるいは検出器装置６と放射線源装置３との間に位置していてもよいが、放射線画像データの記録中に対象物の外側に位置していてもよいことを理解されたい。放射線画像データの記録中に対象物の外側に位置していてもよいという事実は、記録データから対象物の三次元画像を作成するために重要である。回転中心を対象物から離して測定することにより、対象物を通じて放射する放射線の放射角が大きくなるので、つまり、特に放射線の主方向、すなわち、垂直方向と基本的に平行な方向において記録データから生成される画像の空間分解能が高くなるので、回転中心を対象物から離しておくことが好ましい。
【００２９】
一実施形態において、走査デバイス１０は、検出器装置６が対象物と相互作用した放射線を検出する間に、支持構造２に楕円錐振り子運動をさせるために設けられる。
別の実施形態において、走査デバイス１０は、検出器装置６が対象物と相互作用した放射線を検出する間に、支持構造２に円錐半径が連続的に変化する円錐振り子運動をさせるために設けられる。
【００３０】
前述の運動は、垂直軸１３を中心として回転させられる間に、線形移動ユニットによって半径方向にアーム１２を直線的に自動的に移動することによって実現され得る。このような線形運動は当業者にとって容易に利用できる複数の方法で実現され得る。
【００３１】
放射線源装置３（または、装置の他の部分）が円錐振り子運動中にたどる閉経路（ｅｎｃｌｏｓｅｄ  ｐａｔｈ）は前述の円形、楕円形、およびらせん形以外の形状を有していてもよいことを理解されたい。一般に、振り子運動によって形成される円錐底面の閉経路はどのような形状を有していてもよいことを理解されたい。
【００３２】
しかし、様々な円錐半径での測定値はより多くの様々な角度における放射線の放射線画像データ記録を提供するので、このような測定値を記録することは好ましいかもしれない。これによって、特に放射線の主方向と基本的に平行な方向でより優れた空間分解能が得られる。
【００３３】
さらに、円錐振り子運動は非垂直軸を中心として行われてもよい。
一般に、「円錐振り子運動」という用語は円錐の外側面に沿った任意の振り子運動を包含し、円錐は任意の形状の底面と、円錐の頂点から任意の向きの底面（適当に定義される）の中心に達する軸とを有していてもよい。
【００３４】
さらに、走査デバイス１０は、円錐振り子運動を実施する間に、支持構造２（したがって、放射線源装置３、オプションのコリメータ／フィルタ装置４、および検出器装置６）を垂直に移動させてもよい。
【００３５】
さらに、走査デバイス１０は、支持構造２を、たとえば、円錐振り子運動中に支持構造の長手方向に直角な平面で回転させてもよい。代替的に、たとえば、検出器装置６などの部品（放射線源装置３、オプションのコリメータ／フィルタ装置４、および検出器装置６）の一部のみが円錐振り子運動中に回転される。
【００３６】
走査デバイス１０は、一部の用途ではより長い走査動作やより短い走査動作を必要とするものの、典型的に、支持構造２を円錐振り子運動で基本的に完全に１回転させる。
検出器装置６は、円錐振り子運動の各回転中に、対象物と、典型的に少なくとも複数回、好ましくは少なくとも１０回、より好ましくは少なくとも１００回、最も好ましくは少なくとも１０００回、相互作用した放射線を検出する。
【００３７】
図１の実施形態は、対象物ホルダ５（したがって、対象物）が静止状にあるのと同時に、走査デバイス１０が走査中に支持構造２（したがって、放射線源装置３、オプションのコリメータ／フィルタ装置４、および検出器装置６）に円錐振り子運動をさせるように配置されるものとして説明されているが、本発明は逆の代替案を包含する、すなわち、支持構造２（したがって、放射線源装置３、オプションのコリメータ／フィルタ装置４、および検出器装置６）が静止状態であると同時に、走査デバイス１０が対象物ホルダ５（したがって、対象物）に円錐振り子運動をさせることを理解されたい。
【００３８】
さらに、本発明の装置は記録された放射線画像データからの対象物の三次元放射線画像、二次元放射線画像、二次元放射線投影画像、三次元トモシンセシス画像、または二次元トモシンセシス画像のいずれかを作成するために設けられる画像処理デバイス（明示せず）と、作成した画像を表示するために設けられる表示デバイス（明示せず）とを備えていてもよい。このような装置およびデバイスは、２００６年６月６日に出願された本発明者らの係属中の米国特許出願第１１／４４７，９０１号明細書と、２００７年９月１７日に出願されたスウェーデン特許出願第０７０２０６１−３号明細書、ならびに米国特許第６，１９６，７１５号明細書、米国特許出願公開第２００５／０１３５５５７号明細書、米国特許出願公開第２００５／００４７５４４明細書、米国特許出願公開第２００５／０２１９２４３号明細書、特開第９−２１２６３３号公報、特開２００５−０９２５７５号公報、およびＧ．Ｐ．ペニー（Ｐｅｎｎｅｙ）ら、２次元−３次元医療画像登録に用いるための類似測定法の比較（Ａ  Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ  Ｍｅａｓｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  ２−Ｄ−３−Ｄ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ），ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ  １９９８にさらに詳述されており、その内容は参照することによって本明細書に組み入れられる。
【図１】
2011500140.tif 000003
【国際調査報告】
2011500140.tif 000004
2011500140.tif 000005
2011500140.tif 000006
2011500140.tif 000007