(57)【要約】【課題】胸部画像における正中線の検出において、検出性能を向上させる。【解決手段】被写体の胸部を撮影して得た胸部画像より椎体の太さに対応するエッジ方向値およびエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出し、エッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定し、椎体方向に対して略垂直に胸部画像を走査し、所定の閾値を設定することにより椎体領域を抽出し、抽出された椎体領域から正中線を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の胸部を撮影して得た胸部画像より椎体の太さに対応するエッジ方向値およびエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出するエッジ成分抽出手段と、
前記エッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定する椎体方向推定手段と、
前記椎体方向に対して略垂直に前記胸部画像を走査し、所定の閾値を設定することにより椎体領域を抽出する椎体領域抽出手段と、
前記抽出された椎体領域から正中線を検出する正中線検出手段を備えたことを特徴とする正中線検出装置。
【請求項２】
前記エッジ成分抽出手段が、前記胸部画像の画素毎に、所定のフィルタを用いて複数の方向から、複数のエッジ方向値及び複数のエッジ強度値を前記エッジ成分値として抽出し、前記抽出された複数のエッジ成分値のうち最も高いエッジ強度値と、該最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値を算出するものであることを特徴とする請求項１記載の正中線検出装置。
【請求項３】
前記所定のフィルタが、ガボールフィルタであることを特徴とする請求項２記載の正中線検出装置。
【請求項４】
前記胸部画像の中央領域内に位置する前記胸部画像の部分領域を関心領域として設定する関心領域設定手段を更に備え、
前記椎体方向推定手段が、前記設定された関心領域内において、前記最も高いエッジ強度値および前記最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値から前記椎体方向を推定するものであることを特徴とする請求項２又は３記載の正中線検出装置。
【請求項５】
前記椎体方向推定手段が、少なくとも前記関心領域を含む領域の各画素の前記最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値に対して、少なくとも前記関心領域を含む前記領域の各画素の前記最も高いエッジ強度値により重み付け平均した値から、前記椎体方向を推定するものであることを特徴とする請求項４記載の正中線検出装置。
【請求項６】
被写体の胸部を撮影して得た胸部画像より椎体の太さに対応するエッジ方向値およびエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出し、
前記エッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定し、
前記椎体方向に対して略垂直に前記胸部画像を走査し、所定の閾値を設定することにより椎体領域を抽出する、
前記抽出された椎体領域から正中線を検出することを特徴とする正中線検出方法。
【請求項７】
コンピュータに、
被写体の胸部を撮影して得た胸部画像より椎体の太さに対応するエッジ方向値およびエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出する機能と、
前記エッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定する椎体方向推定手段と、
前記椎体方向に対して略垂直に前記胸部画像を走査し、所定の閾値を設定することにより椎体領域を抽出する機能と、
前記抽出された椎体領域から正中線を検出する機能を実行させるための正中線を検出するプログラム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被写体の正中線の検出処理に関し、特に胸部正面の医用画像における両肺の中心線の自動検出に適した、正中線検出装置および方法並びにそのためのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野において、被写体の胸部を正面から撮影した胸部画像に基づいて、両肺の中心線（以下、正中線という）を自動的に算出することは、不適切な姿勢により撮影された被写体の画像から被写体の解剖学的構造（例えば、肺野、椎体等）を抽出する場合等に欠かせない技術である。
【０００３】
そこで、被写体の胸部を撮影して得た胸部画像から、計算機を用いて自動的に正中線を、検出する処理が行われており、その１つとして、胸部画像における頸部領域の水平幅を積算することにより生成される水平プロファイルを利用して正中線を検出する手法が、特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２００７−６８７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、医療現場において、病室からの移動が困難な患者の撮影や手術室での緊急撮影等のニーズが高まっており、病室などに移動させてＸ線撮影を行う図６に示すような移動型Ｘ線装量（以下、回診車Ｍという）が実用化されつつある。例えば、回診車Ｍにより撮影される場合において、図７のように、ベッド８０で寝ている被写体（患者）の背面にカセッテ７０を置いて撮影するため、カセッテ７０の設定や被写体の姿勢が不適切である場合に、カセッテ７０の辺に対する被写体の体軸が著しく傾いて撮影される場合がある。この場合、頸部領域の水平幅を積算することにより生成される水平プロファイルを利用する上記手法では、正中線を正確に検出することができないという問題があった。また、上記手法は、頚部領域が撮影されていない胸部画像に対しては適用できないという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、正中線の検出性能をより向上させることが可能な正中線検出装置および方法並びにそのためのプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の正中線検出装置は、被写体の胸部を撮影して得た胸部画像より椎体の太さに対応するエッジ方向値およびエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出するエッジ成分抽出手段と、エッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定する椎体方向推定手段と、椎体方向に対して略垂直に前記胸部画像を走査し、所定の閾値を設定することにより椎体領域を抽出する椎体領域抽出手段と、抽出された椎体領域から正中線を検出する正中線検出手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
ここで、「胸部画像」は、被写体の胸部を正面から撮影して得た画像であり、例えば、上記画像の種類としては、放射線画像等が挙げられる。
【０００８】
また、「正中線」は、胸部画像に表される両肺の中心線をいい、必ずしも両肺の厳密な中心線である必要はない。例えば、両肺の中心に位置する椎体領域の中心軸からなる線であってもよい。
【０００９】
「エッジ成分抽出手段」は、被写体の胸部を撮影して得た胸部画像より椎体の太さに対応するエッジ方向値およびエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出するものであり、例えば、胸部画像の画素毎に、所定のフィルタを用いて複数の方向から、複数のエッジ方向値及び複数のエッジ強度値を前記エッジ成分値として抽出し、抽出された複数のエッジ成分値のうち最も高いエッジ強度値と、最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値を算出するものであってもよい。
【００１０】
また、「所定のフィルタ」は、ガボールフィルタであってもよい。
【００１１】
本発明の正中線検出装置は、胸部画像の中央領域内に位置する胸部画像の部分領域を関心領域として設定する関心領域設定手段とを更に備え、椎体方向推定手段が、設定された関心領域内において、最も高いエッジ強度値および最も高いエッジ強度値に対応する方向値から椎体方向を推定するものであることを特徴とするものであってもよい。
【００１２】
「椎体方向推定手段」は、エッジ成分抽出手段により抽出されたエッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定するものである。例えば、少なくとも関心領域を含む領域の各画素の最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値に対して、少なくとも関心領域を含む領域の各画素の最も高いエッジ強度値により重み付け平均した値から、前記椎体方向を推定するものであってもよい。
また、「中央領域」は、少なくとも鎖骨と肋骨が重なる領域である左右の測端部を含まない胸部画像の内側の領域であってもよい。
【００１３】
本発明の正中線検出方法は、被写体の胸部を撮影して得た胸部画像より椎体の太さに対応するエッジ方向値およびエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出し、エッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定し、椎体方向に対して略垂直に胸部画像を走査し、所定の閾値を設定することにより椎体領域を抽出し、抽出された椎体領域から正中線を検出することを特徴とする。
【００１４】
ここで、「所定の閾値を設定することにより椎体領域を抽出する」手法として、画素毎に所定の画素値を閾値として設定し、上記閾値以下である各画素から椎体領域を抽出するものであってもよいし、上記椎体方向に対して略垂直に胸部画像を走査し、走査された画素の画素値が低い順に所定の画素数分のみを選択し、選択された画素の群からなる領域を椎体領域として抽出するものであってもよい。また、全ての画素に同一の閾値を設定し、上記閾値以下である各画素から椎体領域を抽出するものであってもよい。
【００１５】
なお、胸部画像を白黒反転処理されたものについては、上記閾値以下ではなく、閾値以上として各画素から椎体領域を抽出するものであってもよい。
【００１６】
本発明の正中線を検出するプログラムは、コンピュータに、被写体の胸部を撮影して得た胸部画像より椎体の太さに対応するエッジ方向値およびエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出する機能と、エッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定する椎体方向推定手段と、椎体方向に対して略垂直に胸部画像を走査し、所定の閾値を設定することにより椎体領域を抽出する機能と、抽出された椎体領域から正中線を検出する機能を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の正中線検出装置および方法並びにプログラムによれば、被写体の胸部を撮影して得た胸部画像よりエッジ成分を抽出し、エッジ成分を用いて椎体領域として抽出し、抽出された椎体領域から正中線を検出することにより、被写体の体軸と、撮影された胸部画像の辺とが平行ではない胸部画像を用いても、正中線を安定的に検出することができ、かつ頚部領域が撮影されていない胸部画像に対しても正中線を検出することができる。
【００１８】
また、胸部画像の中央領域内に位置する胸部画像の部分領域を関心領域として設定する場合には、設定された関心領域内において、抽出されたエッジ成分値のうち最も高いエッジ強度値および最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値から椎体方向を推定することで、椎体領域をより正確に抽出可能となり、より正中線を安定的に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の正中線検出装置の一実施形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の正中線検出装置の好ましい実施の形態を示すブロック図である。
【００２１】
なお、図１のような正中線検出装置の構成は、補助記憶装置（不図示）に読み込まれた正中線検出プログラムをコンピュータ（例えばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。また、この正中線検出プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。
【００２２】
正中線検出装置は、例えば被写体の胸部を撮影して得た胸部画像により映し出された正中線を自動的に算出するものであって、画像入力手段１０、エッジ成分抽出手段２０、椎体方向推定手段３０、椎体領域抽出手段４０、正中線検出手段５０等を有している。
【００２３】
画像入力手段１０は、例えば図１の画像入力手段１０の下部に示すような胸部画像を取得するものである。なお、画像取得手段１は、例えば放射線画像のみならず、いわゆるＣＴ画像、ＭＲＩ画像、ＲＩ画像、ＰＥＴ画像、Ｘ線画像等の医用画像を取得するものであってもよい。
【００２４】
エッジ成分抽出手段２０は、被写体の胸部を撮影して得た胸部画像より椎体の太さに対応するエッジ方向値および椎体の太さに対応するエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出するものである。
【００２５】
椎体方向推定手段３０は、エッジ成分抽出手段により抽出されたエッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定するものである。
【００２６】
関心領域設定手段３５は、胸部画像の中央領域内に位置する胸部画像の部分領域を関心領域として設定するものである。例えば、椎体方向推定手段３０が、関心領域設定手段３５により設定された関心領域内において、抽出されたエッジ成分値のうち最も高いエッジ強度値および最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値から椎体方向を推定することを可能とする。
【００２７】
また、関心領域設定手段３５は、胸部画像の中央領域内に位置する胸部画像の部分領域を関心領域として設定する際、上記中央領域を、少なくとも鎖骨と肋骨が重なる領域である左右の測端部を含まない胸部画像の内側の領域内としてもよい。
【００２８】
椎体領域抽出手段４０は、椎体方向推定手段３０により推定された椎体方向に対して略垂直に胸部画像を走査し、所定の画素値以下である各画素を椎体領域として抽出するものである。
【００２９】
正中線検出手段５０は、椎体領域抽出手段４０により抽出された椎体領域から正中線を検出するものである。
【００３０】
表示手段は、胸部画像を表示する正中線検出装置とは別体のモニタ、後述する回診車Ｍのモニタ６６等である。例えば、図１の画像入力手段１０の下部に示すような胸部画像を表示することを可能とする。また、表示手段（不図示）は、図１の正中線検出手段５０の下部に示すような胸部画像と正中線検出手段５０により検出された正中線を合成した画像を表示することを可能とする。
【００３１】
次に、以上の構成の正中線検出装置において行われる実施態様における処理について説明する。
【００３２】
図２は正中線検出装置の一連の処理フローチャートである。まず図２に示す如く、画像入力手段１０により被写体の胸部を撮影して得た胸部画像を入力する（＃１）。次に、エッジ成分抽出手段２０が、椎体の太さに対応するエッジ方向値および椎体の太さに対応するエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出する（＃２）。そして、エッジ成分抽出手段２０は、所定のフィルタを用いて複数の方向から、複数のエッジ方向値及び複数のエッジ強度値をエッジ成分値として抽出し、抽出された複数のエッジ成分値のうち最も高いエッジ強度値と、最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値を算出し、算出された最も高いエッジ強度値と及び最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値を算出する。具体的には、画像入力手段１０により入力された胸部画像に対して、椎体の太さに対応するエッジ方向値およびエッジ強度値を含むエッジ成分値を抽出するため、式（１）に示されるガボールフィルタ（Gabor filter）を用いた処理を行う。
【００３３】
［数１］
Gabor(x, y,θ) = exp [-(1/2σ2) (x2 + y2)] cos [(π/σ) (x sinθ + y cosθ)] 
ここで、σは、抽出するエッジの太さに対応するパラメータであり、胸部画像の椎体の太さに対応するように値を調整する。θは、抽出するエッジの方向に対応し、Gabor(x, y,θ) は、水平方向から反時計回りにθの方向のエッジを抽出する。
【００３４】
複数の方向から複数のエッジ方向値及び複数のエッジ強度値をエッジ成分値として抽出するために、例えば、θを０度から１６５度の範囲において、１５度刻みで変化させた複数のガボールフィルタを用意する。
【００３５】
画像入力手段１０により入力された胸部画像に対して、胸部画像の画素毎に上記用意した複数のガボールフィルタ毎を通し、画素毎のフィルタ値を算出する。フィルタ値として、強度の絶対値が算出される。
【００３６】
一つの画素から複数のフィルタ分のフィルタ値が算出されるので、その算出されたフィルタ値の中から、絶対値が最大の強度の成分（最も高いエッジ強度値）及び上記最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値を求める。そして、全ての画素について、最も高いエッジ強度値及び最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値を求める。
【００３７】
こうして、エッジ成分抽出手段２０が、胸部画像の各画素において、最も高いエッジ強度値及び最も高いエッジ方向値を求め、求められた最も高いエッジ強度値及び最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値を算出し、上記最も高いエッジ強度値及び最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値からそれぞれの分布画像を生成する。
【００３８】
なお、前述した最も高いエッジ強度値は、上記フィルタ値として、算出された強度の絶対値の最大値であるが、所定値以上の強度の絶対値から一つを選択した値であってもよい。また、最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値においても、同様に、所定値以上の方向の絶対値から一つを選択した値であってもよい。
【００３９】
図３（ｂ）に示す画像は、上記式を用いて胸部画像に対応する最も高いエッジ強度値から生成されたエッジ強度に関する分布画像を濃淡で表現したものである。図３（ｃ）に示す画像は、上記式を用いて胸部画像に対応する最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値から生成されたエッジ方向に関する分布画像を濃淡で表現したものである。
【００４０】
次に、椎体方向推定手段３０は、エッジ成分抽出手段により抽出されたエッジ成分値の大きさに基づいて、椎体方向を推定する（＃３）。具体的には、椎体方向推定手段３０が、関心領域設定手段３５により設定される図３（ｄ）に示すような画像の中心に適当な大きさである円形の関心領域を設定する。
【００４１】
ここで、図４で示されるように、胸部画像のＸ軸からθの角度を向いた両方向ベクトルを式（２）のように定義する。なお、式（２）のベクトルは、式（３）のようになる。
【００４２】
［数２］
d(θ) = (cos 2θ, sin 2θ)  
［数３］
d(θ) = d(θ+π) 
上記設定された関心領域内の画素 i (i = １・・・n) において、最も高いエッジ強度値の絶対値を  |G(θi)|のように表し、最も高いエッジ強度値に対応するエッジ方向値をθiのように表す。関心領域内でd(θi)を、|G(θi)|で重みを付けて平均すると、式（４）のように、平均方向ベクトル d_mean(x, y) が算出される。
【００４３】
なお、上述した関心領域内の画素 i (i = １・・・n)は、胸部画像全体の画素として設定してもよい。
【００４４】
［数４］
d_mean = {Σ(i = 1・・・n) |G(θi)| d(θi)} / Σ(i = 1・・・n) |G(θi)|
このように椎体方向推定手段３０は、算出されたd_mean(x, y)によって、椎体方向を推定することを可能とする。
【００４５】
椎体方向推定手段３０は、算出されたd_mean(x, y)を式（５）、式（６）Ｘ軸の角度に変換する。
【００４６】
［数５］
y >= 0 の時    θ_mean = (1/2) arccos x
［数６］
y < 0  の時   θ_mean = π - (1/2) arccos x
椎体方向推定手段３０は、関心領域を設定することにより、関心領域外の肋骨が重なる領域である左右の測端部や鎖骨等の成分を排除することができるので、正確に椎体領域の推定を行うことができる。
【００４７】
次に、椎体領域抽出手段４０は、椎体方向推定手段３０により推定された椎体方向に対して略垂直に胸部画像を走査し、所定の画素値以下である各画素を椎体領域として抽出する。
【００４８】
椎体方向推定手段３０により推定された椎体方向を利用して、正中線を検出する。胸部画像の場合、正中線は椎体上にあり、椎体の領域は、その周辺の肺野や横隔膜の領域よりも濃度が低いので、この濃度差を利用して検出する方法が考えられる。
【００４９】
例えば、椎体領域抽出手段４０は、関心領域設定手段３５により設定された関心領域内で、に対して略垂直に胸部画像を走査（スキャン）し、走査された各画素列において、濃度が低い方から適当な個数だけ画素を選択していくと、図５（a）に示すような椎体を覆う領域を抽出することができる。
【００５０】
その後、正中線検出手段５０は、椎体領域抽出手段４０により抽出された椎体領域から正中線を検出する（＃４）。
【００５１】
正中線検出手段５０は、椎体領域抽出手段４０により抽出された領域に対して、補助記憶装置に記憶されるデータである椎体の幅に対応する適当な長さの長方形を当てはめて、長方形内の該領域の画素数が最大になるように長方形の位置と向きを調整して長方形の中心軸を抽出することで、図５（ｂ）に示すような正中線を検出することができる。
【００５２】
なお、ここで、上記所定の画素値以下である各画素を椎体領域として抽出する手法として、各画素毎に所定の閾値を設定し、椎体領域を抽出するものであってもよいし、また、各画素の全てに同一の閾値を設定し、椎体領域を抽出するものであってもよい。
【００５３】
あるいは、正中線検出手段５０は、特許文献１で示す手法を本発明に適応させ、椎体方向推定手段３０により推定された椎体方向に略垂直な方向に沿ったプロファイルを複数の領域で作成し、そのプロファイルを解析して正中線を検出してもよい。
【００５４】
このように、本発明の実施形態によると、胸部画像中の椎体領域との位置関係に基づいて、正中線を正確に算出することができる。
【００５５】
なお、本発明の正中線検出装置に画像処理装置（不図示）を外部に接続しても、内部に組み込んでもよい。
【００５６】
上記画像処理装置は、例えば、胸部画像を解析することにより、胸部画像の上下方向を判別することができるものである。例えば、胸部画像は、頭側は高濃度、腹側は低濃度になるような濃度勾配がある特性を利用して、正中線検出手段５０により検出された正中線に沿って胸部画像の濃度勾配を分析し、正中線に関して被写体の上下方向を判別してもよい。
【００５７】
また、画像処理装置は、胸部正面の画像において、被写体の解剖学的領域を検出し、検出した領域の画像信号に基づいて階調処理や周波数処理をおこなってもよい。
【００５８】
また、画像入力手段１０により入力された胸部画像は、図６に示すような移動型Ｘ線装置（以下、回診車Ｍという）を用いて撮影されることもある。回診車による撮影の場合、ベッドで寝ている被写体（患者）の背面にカセッテを置いて撮影するため、カセッテの辺に対する被写体の体軸の方向が撮影ごとに安定しないことがある。
【００５９】
そこで、本発明の正中線検出装置と画像処理装置（不図示）を、回診車の内部に組み込み、カセッテ挿入口６７にカセッテ７０を挿入し、カセッテから胸部画像を読み出し、直接、被写体の正中線を検出してもよい。
【００６０】
この回診車Ｍは、本体部６１、移動台車６２、支持機構６３、Ｘ線発生部６４、操作パネル６５、Ｘ線発生部６４の位置を調整するために支柱６７、パネル６６（表示装置の一態様）及び本体部６１には画像読み取り装置６５にカセッテを挿入するためのカセッテ挿入口６７等を有するものである。モニタ６６にはタッチパネルが取り付けられており、Ｘ線発生部６４や画像読み取り装置６５の設定、あるいは患者情報などの入力、カセッテから画像読み取り装置６５により読み取ることで入力される胸部画像を表示することもできる。
【００６１】
また、画像処理装置により、正中線の傾きから、正しい向きで撮影されていないことを判別可能とし、モニタ６６に再撮影を行うべき旨の警告表示を行うことも可能である。
【００６２】
以上により、本発明の正中線検出装置を回診車Ｍに組み込むことにより、正中線が傾いた胸部画像を撮影したことを早期に確認可能とし、再撮影の準備を迅速に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】正中線検出装置における機能ブロック図
【図２】本発明の実施形態における一連のフローチャート
【図３】エッジ強度分布及びエッジ方向分布を示す図
【図４】エッジ強度値に対応するエッジ方向値を説明するための概念図
【図５】椎体領域及び正中線を示す図
【図６】回診車を示す図
【図７】回診車が被写体を撮影する一例を示す概念図
【符号の説明】
【００６４】
１０    画像入力手段
２０    エッジ成分抽出手段
３０    椎体方向推定手段
３５    関心領域設定手段
４０    椎体領域抽出手段
５０    正中線検出手段
６１    本体部
６２    移動車
６３    支持機講
６４    Ｘ線発生部
６５    操作パネル
６６    パネル
６７    カセッテ挿入口
【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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