CN106952261B - 一种抑制脂肪信号的图像处理方法及装置 - Google Patents

一种抑制脂肪信号的图像处理方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制脂肪信号的图像处理方法及装置，所述方法包括：磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲；磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像。本发明根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况来施加不同的带宽和中心频率的脂肪饱和脉冲，通过脂肪饱和脉冲进行脂肪信号的抑制，提高了脂肪抑制的成功率，从而得到脂肪抑制效果明显的磁共振图像。

Description

一种抑制脂肪信号的图像处理方法及装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种抑制脂肪信号的图像处理方法及装置。
背景技术
在磁共振中，脂肪和水中的氢质子因为化学位移（质子由于化学环境所引起的核磁共振信号位置的变化）的原因具有不同的共振频率。在一些序列中为了更好地显示病变，需要把脂肪的信号抑制掉，那么就需要先施加一个针对脂肪中氢质子共振频率的窄带脉冲将脂肪中的氢质子饱和掉。然后再使用宽带脉冲去正常激发组织，此时因为脂肪中的氢质子被饱和掉，则不会产生信号，这时产生的图像就是磁共振的脂肪抑制图像。
现有技术是采用固定的带宽和中心频率的脉冲去饱和脂肪中的氢质子，该技术使用的前提就是实际脂肪中氢质子的共振频率与理论计算出的脂肪氢质子共振频率是一致的。但是，实际脂肪氢质子的共振频率不仅受到化学位移的影响，而且还受局部磁化率、人体几何形状等多种因素的影响，所以实际脂肪中氢质子的共振频率与理论的计算得的出氢质子的共振频率是有一定差异的。如果用来饱和脂肪氢质子的脉冲是根据理论计算出来的带宽和中心频率来施加的，就会产生较大的差异，必然有部分或者全部脂肪无法被饱和。在一些匀场比较容易的人体部位，脂肪抑制效果比较好；而在匀场比较难的位置，如偏中心较远或者磁化率差异较大的组织，脂肪抑制效果就比较差，那么就无法得出脂肪抑制效果明显的磁共振图像。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种抑制脂肪信号的图像处理方法及装置，旨在根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况来施加不同的带宽和中心频率的脂肪饱和脉冲，通过脂肪饱和脉冲进行脂肪信号的抑制，从而得到脂肪抑制效果明显的磁共振图像。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种抑制脂肪信号的图像处理方法，其中，包括以下步骤：
步骤A、磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；
步骤B、磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲；
步骤C、磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像。
所述的抑制脂肪信号的图像处理方法，其中，所述步骤A具体包括：
步骤A1、磁共振***预先利用匀场线圈进行3D自动匀场；
步骤A2、磁共振***经过3D自动匀场后，采集到自由感应衰减信号并进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱。
所述的抑制脂肪信号的图像处理方法，其中，所述步骤B具体包括：
步骤B1、磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况；
步骤B2、磁共振***根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况分析得到实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率；
步骤B3、磁共振***根据实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率，自动匹配出最接近实际脂肪氢质子共振频率带宽的脂肪饱和脉冲。
所述的抑制脂肪信号的图像处理方法，其中，所述步骤B之前还包括：预先在磁共振***中设置21个不同带宽的脂肪饱和脉冲并存储，且所述脂肪饱和脉冲的带宽范围从250赫兹到450赫兹，每个脂肪饱和脉冲之间相差10赫兹；所述步骤B3具体还包括：步骤B31、磁共振***从所述21个不同带宽的脂肪饱和脉冲中匹配出与实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率最接近的脂肪饱和脉冲。
所述的抑制脂肪信号的图像处理方法，其中，所述步骤C具体包括：
步骤C1、磁共振***利用匹配得到的肪饱和脉冲将脂肪中的氢质子进行饱和；
步骤C2、当磁共振***完成脂肪信号抑制过程后，生成磁共振的脂肪抑制图像。
所述的抑制脂肪信号的图像处理方法，其中，所述水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱包括：水的氢质子形成的水峰与脂肪的氢质子形成的脂肪峰；所述水峰与脂肪峰的分布图像均以共振频率为X轴；所述水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱还包括：在所述脂肪峰的两侧基线位置分别放置两条标记线，且两条标记线之间的距离为所述脂肪峰的带宽，两条标记线之间中心的频率为所述脂肪峰的中心频率。
一种抑制脂肪信号的图像处理装置，其中，所述装置包括：
信号采集模块，用于控制磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；
脉冲匹配模块，用于控制磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲；
图像生成模块，用于控制磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像。
所述的抑制脂肪信号的图像处理装置，其中，所述信号采集模块具体包括：
自动匀场单元，用于控制磁共振***预先利用匀场线圈进行3D自动匀场；
信号采集与变换单元，用于控制磁共振***经过3D自动匀场后，采集到自由感应衰减信号并进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱。
所述的抑制脂肪信号的图像处理装置，其中，所述脉冲匹配模块具体包括：
频谱分析单元，用于控制磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况；
脉冲处理单元，用于控制磁共振***根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况分析得到实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率；
自动匹配单元，用于控制磁共振***根据实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率，自动匹配出最接近实际脂肪氢质子共振频率带宽的脂肪饱和脉冲。
所述的抑制脂肪信号的图像处理装置，其中，所述图像生成模块具体包括：
氢质子饱和单元，用于控制磁共振***利用匹配得到的肪饱和脉冲将脂肪中的氢质子进行饱和；
信号抑制与图像生成单元，用于控制当磁共振***完成脂肪信号抑制过程后，生成磁共振的脂肪抑制图像。
本发明的有益效果：本发明提供的一种抑制脂肪信号的图像处理方法及装置，所述方法包括：磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲；磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像。本发明根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况来施加不同的带宽和中心频率的脂肪饱和脉冲，通过脂肪饱和脉冲进行脂肪信号的抑制，从而得到脂肪抑制效果明显的磁共振图像。
附图说明
图1是本发明抑制脂肪信号的图像处理方法的较佳实施例的流程图。
图2是本发明抑制脂肪信号的图像处理方法的水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱图。
图3是本发明抑制脂肪信号的图像处理方法中脂肪信号是否抑制的磁共振图像效果的对比图。
图4是本发明抑制脂肪信号的图像处理装置的较佳实施例的功能原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例所述的图1是本发明抑制脂肪信号的图像处理方法的较佳实施例的流程图，如图1所示，所述抑制脂肪信号的图像处理方法包括以下步骤：
步骤S100、磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱。
较佳地，所述步骤S100包括以下步骤：
步骤S101、磁共振***预先利用匀场线圈进行3D自动匀场；
步骤S102、磁共振***经过3D自动匀场后，采集到自由感应衰减信号并进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱。
具体实施时，由于磁共振成像***中要求磁体***能够提供高度均匀的静磁场，这也是获得高质量MRI（magnetic resonance imaging，磁共振成像）图像的基本保证。MRI脂肪抑制技术的原理与临床应用 在磁共振成像（MRI）中，由于脂肪组织中的氢质子和其它组织中的氢质子所处的分子环境不同，使得它们的共振频率不相同；当脂肪和其它组织的氢质子同时受到射频脉冲激励后，它们的弛豫时间也不一样。在不同的回波时间采集信号，脂肪组织和非脂肪组织表现出不同的信号强度。利用不同组织的上述特性，那么就需要得出抑制脂肪信号的脉冲。
为得到一个稳定的均匀场，本发明采用有源匀场线圈，通过控制线圈中的电流产生不同方向的磁场分量叠加到主磁场上，实现对磁场的实时矫正，磁共振***利用所述匀场线圈实现3D自动匀场。磁共振***经过3D自动匀场后采集到FID（FREE INDUCTIONDECAY，自由感应衰减）信号并进行傅立叶变换得到人体组织的氢质子共振频率分布的频谱。
傅立叶变换，表示能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函数）或者它们的积分的线性组合，在不同的研究领域，傅立叶变换具有多种不同的变体形式，如连续傅立叶变换和离散傅立叶变换。最初傅立叶分析是作为热过程的解析分析的工具被提出的。在物理学、电子类学科、数论、组合数学、信号处理、概率论、统计学、密码学、声学、光学、海洋学、结构动力学等领域都有着广泛的应用。
傅立叶变换是一种分析信号的方法，它可分析信号的成分，也可用这些成分合成信号。许多波形可作为信号的成分，比如正弦波、方波、锯齿波等，傅里叶变换用正弦波作为信号的成分。
傅立叶变换公式为：
公式描述：公式中F(ω)为f(t)的像函数，f(t)为F(ω)的像原函数。
较佳地，所述人体组织的氢质子共振频率分布的频谱包括水和脂肪中氢质子形成的水峰与脂肪的氢质子形成的脂肪峰。如图2所示，图2是本发明抑制脂肪信号的图像处理方法的水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱图。图2中左侧图像为脂肪的氢质子形成的脂肪峰，右侧图像为水的氢质子形成的水峰。
步骤S200、磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲。
较佳地，所述步骤S200包括以下步骤：
步骤S201、磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况；
步骤S202、磁共振***根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况分析得到实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率；
步骤S203、磁共振***根据实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率，自动匹配出最接近实际脂肪氢质子共振频率带宽的脂肪饱和脉冲。
具体实施时，磁共振***根据图2所示的水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并得到实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率。为了便于直观地从图2中观察脂肪氢质子的共振频率分布，较佳地，所述水峰与脂肪峰的分布图像均以共振频率为X轴，因此脂肪氢质子的频率范围可以非常清晰的显示出来。本实施例中在所述脂肪峰的两侧基线位置分别放置两条标记线，且两条标记线之间的距离为所述脂肪峰的带宽，两条标记线之间中心的频率为所述脂肪峰的中心频率。因此，磁共振***便可以很容易的得到实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率。
较佳地，所述步骤B之前还包括：预先在磁共振***中设置21个不同带宽的脂肪饱和脉冲并存储，且所述脂肪饱和脉冲的带宽范围从250赫兹到450赫兹，每个脂肪饱和脉冲之间相差10赫兹。即预先设置的脂肪饱和脉冲的带宽为250 ~260赫兹、260 ~270赫兹、270~280赫兹、280~290赫兹……440~450赫兹。
进一步地，磁共振***根据实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率自动匹配出最接近实际脂肪氢质子共振频率带宽的脂肪饱和脉冲。具体实施时，磁共振***从所述21个不同带宽的脂肪饱和脉冲中匹配出与实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率最接近的脂肪饱和脉冲。例如，实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽为263~271赫兹，则磁共振***自动匹配与263~271赫兹最接近的脂肪饱和脉冲，即260 ~270赫兹的脂肪饱和脉冲。
步骤S300、磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像。
较佳地，所述步骤S300具体包括：
步骤S301、磁共振***利用匹配得到的肪饱和脉冲将脂肪中的氢质子进行饱和；
步骤S302、当磁共振***完成脂肪信号抑制过程后，生成磁共振的脂肪抑制图像。
具体地，磁共振***利用匹配得到的最接近实际脂肪氢质子共振频率带宽的脂肪饱和脉冲将脂肪中的氢质子饱和掉，例如上述例子所述，磁共振***利用匹配出最接近的260 ~270赫兹的脂肪饱和脉冲对脂肪信号进行抑制，使脂肪质子不产生信号，从而得到只含水质子信号的影像。
基于上述实施例，本发明还提供了抑制脂肪信号的图像处理方法中脂肪信号是否抑制的磁共振图像效果的对比图。
如图3所示。图3中的A和B为现有技术中根据理论计算出的带宽和中心频率来施加脂肪饱和脉冲的脂肪信号抑制技术效果图，C和D为本发明的根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况来施加不同的带宽和中心频率的脂肪饱和脉冲的脂肪信号抑制技术效果图。由图3可看出，A和B中有大片的脂肪组织没有被抑掉（图中白色区域），本发明利用磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲；磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像，如图3中C和D中脂肪抑制效果明显。
本发明还提供了一种抑制脂肪信号的图像处理装置，如图4所示，所述装置包括：
信号采集模块410，用于控制磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；具体如上所述。
脉冲匹配模块420，用于控制磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲；具体如上所述。
图像生成模块430，用于控制磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像；具体如上所述。
所述的抑制脂肪信号的图像处理装置，其中，所述信号采集模块具体包括：
自动匀场单元，用于控制磁共振***预先利用匀场线圈进行3D自动匀场；具体如上所述。
信号采集与变换单元，用于控制磁共振***经过3D自动匀场后，采集到自由感应衰减信号并进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；具体如上所述。
所述的抑制脂肪信号的图像处理装置，其中，所述脉冲匹配模块具体包括：
频谱分析单元，用于控制磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况；具体如上所述。
脉冲处理单元，用于控制磁共振***根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况分析得到实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率；具体如上所述。
自动匹配单元，用于控制磁共振***根据实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率，自动匹配出最接近实际脂肪氢质子共振频率带宽的脂肪饱和脉冲；具体如上所述。
所述的抑制脂肪信号的图像处理装置，其中，所述图像生成模块具体包括：
氢质子饱和单元，用于控制磁共振***利用匹配得到的肪饱和脉冲将脂肪中的氢质子进行饱和；
信号抑制与图像生成单元，用于控制当磁共振***完成脂肪信号抑制过程后，生成磁共振的脂肪抑制图像。
综上所述，本发明提供了一种抑制脂肪信号的图像处理方法及装置，所述方法包括：磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲；磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像。本发明根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况来施加不同的带宽和中心频率的脂肪饱和脉冲，通过脂肪饱和脉冲进行脂肪信号的抑制，从而得到脂肪抑制效果明显的磁共振图像。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种抑制脂肪信号的图像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；
步骤B、磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲；
步骤C、磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像；
所述步骤B具体包括：
步骤B1、磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况；
步骤B2、磁共振***根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况分析得到实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率；
步骤B3、磁共振***根据实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率，自动匹配出最接近实际脂肪氢质子共振频率带宽的脂肪饱和脉冲。
2.根据权利要求1所述的抑制脂肪信号的图像处理方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
步骤A1、磁共振***预先利用匀场线圈进行3D自动匀场；
步骤A2、磁共振***经过3D自动匀场后，采集到自由感应衰减信号并进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱。
3.根据权利要求1所述的抑制脂肪信号的图像处理方法，其特征在于，所述步骤B之前还包括：预先在磁共振***中设置21个不同带宽的脂肪饱和脉冲并存储，且所述脂肪饱和脉冲的带宽范围从250赫兹到450赫兹，每个脂肪饱和脉冲之间相差10赫兹；所述步骤B3具体还包括：步骤B31、磁共振***从所述21个不同带宽的脂肪饱和脉冲中匹配出与实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率最接近的脂肪饱和脉冲。
4.根据权利要求1所述的抑制脂肪信号的图像处理方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
步骤C1、磁共振***利用匹配得到的肪饱和脉冲将脂肪中的氢质子进行饱和；
步骤C2、当磁共振***完成脂肪信号抑制过程后，生成磁共振的脂肪抑制图像。
5.根据权利要求1所述的抑制脂肪信号的图像处理方法，其特征在于，所述水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱包括：水的氢质子形成的水峰与脂肪的氢质子形成的脂肪峰；所述水峰与脂肪峰的分布图像均以共振频率为X轴；所述水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱还包括：在所述脂肪峰的两侧基线位置分别放置两条标记线，且两条标记线之间的距离为所述脂肪峰的带宽，两条标记线之间中心的频率为所述脂肪峰的中心频率。
6.一种抑制脂肪信号的图像处理装置，其特征在于，所述装置包括：
信号采集模块，用于控制磁共振***将采集到的自由感应衰减信号进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱；
脉冲匹配模块，用于控制磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况并匹配出脂肪饱和脉冲；
图像生成模块，用于控制磁共振***利用匹配得到的脂肪饱和脉冲进行脂肪饱和，从而抑制脂肪信号的产生，生成磁共振的脂肪抑制图像；
所述脉冲匹配模块具体包括：
频谱分析单元，用于控制磁共振***根据水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱分析得到实际脂肪氢质子的共振频率分布情况；
脉冲处理单元，用于控制磁共振***根据实际脂肪氢质子的共振频率分布情况分析得到实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率；
自动匹配单元，用于控制磁共振***根据实际需要的脂肪饱和脉冲的带宽和中心频率，自动匹配出最接近实际脂肪氢质子共振频率带宽的脂肪饱和脉冲。
7.根据权利要求6所述的抑制脂肪信号的图像处理装置，其特征在于，所述信号采集模块具体包括：
自动匀场单元，用于控制磁共振***预先利用匀场线圈进行3D自动匀场；
信号采集与变换单元，用于控制磁共振***经过3D自动匀场后，采集到自由感应衰减信号并进行傅立叶变换得到水和脂肪中氢质子共振频率分布的频谱。
8.根据权利要求6所述的抑制脂肪信号的图像处理装置，其特征在于，所述图像生成模块具体包括：
氢质子饱和单元，用于控制磁共振***利用匹配得到的肪饱和脉冲将脂肪中的氢质子进行饱和；
信号抑制与图像生成单元，用于控制当磁共振***完成脂肪信号抑制过程后，生成磁共振的脂肪抑制图像。
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