JP2008526270A - Rtp用の改良されたデータ表現 - Google Patents
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Abstract
イメージングシステム10は、PETイメージングシステム12及びCTスキャナ14のようなイメージングモダリティを含む。CTスキャナ14は、一次輪郭付けに対して使用される第1の画像62を生成するために使用される。PETシステム12は、同じ又は重なる解剖学的領域に関する相補的な情報を提供する第2の画像56を提供するために使用される。第1の画像62及び第2の画像56が互いに位置合わせされた後に、第1の画像62及び第2の画像56は、キーホール76の輪郭を取るように同時にセグメント化される。第2の画像56のキーホール部分は、第1の画像62のキーホール76に挿入される。ユーザは、複合画像を観察することができ、マウス52によりキーホール76の境界78を変形して、以前に規定されたキーホール内の関心領域により良く焦点を合わせることができる。
Description
本発明は、診断イメージング分野に関する。腫瘍学的調査における放射線治療計画(radiation therapy planning)と関連した特定の応用を見出し、特にこれに関連して記載される。しかしながら、本発明が、広い範囲の診断イメージングモダリティに及び様々な理由に対する様々な器官の調査に適用可能であると理解されるべきである。
腫瘍学的計画において、腫瘍学者は、典型的には、治療されるべき領域のCT画像又は複数のX線投影画像を生成する。前記画像は骨及び他の内部構造を示すが、必ずしも腫瘍を非癌性組織と区別しない。腫瘍学的手順における優先事項の1つは、高出力殺腫瘍X線ビームを内部の腫瘍と正確に位置調整する(aligning)ことである。選択された軌道がわずかに外れる場合でさえ、前記X線ビームは腫瘍のほとんどを治療するが、照射されないセグメントを残し、健康な組織を損傷する。逆に、一部の組織は放射線により容易に損傷され、高密度の組織、例えば骨は、放射線の大部分を吸収し、線量を変更する。軌道は、これらの組織を外すように選択されるが、しばしば標的に到達するためにこれらの組織に近接する必要がある。軌道がわずかに外れる場合、これらの組織が損傷される可能性があるか、又は線量が知らないうちに変更される可能性がある。
放射線ビームは、治療されるべき体積の形状に調整され、近隣領域に対する放射線を最小化する。各放射線ビームは、異なる強度で患者に到達するように操作される。前記ビームの直径を大きくしすぎることは、前記ビームが健康な組織を照射し、害する点で有害である。ビーム直径をより小さくすることは、癌性組織が照射されないままである確率を増大する。腫瘍のより正確な大きさ、形状及び位置が既知であれば、より狭い治療ビームがコリメートされる(collimated)ことができ、周囲の組織の照射を最小化するとともに全ての癌性組織の照射を保証する。正確な標的及び"リスク臓器(organ at risk)"の描写(delineation)が重要である。
医療診断画像は、膀胱又は肺のような標的の解剖学的器官を周囲の組織から線引きする(delineate)ように又は避けるべき組織を線引きするように輪郭付けされる(contoured)又はセグメント化される(segmented)。典型的には、輪郭付けはCTデータにおいて実行される。CTデータは、基準又は解剖学的マーカのようなリファレンスが投影される患者領域の輪郭及びフィールド限界の規定を可能にする。CTデータの利点は、組織密度に関する情報を提供し、したがって放射線量の計算を可能にすることである。しかしながら、CTは、一部の解剖学的場所において軟らかい組織構造を明確に識別するのに十分なコントラストを提供しない。例えば、頭部頸部領域において、CTデータ内の多くの低コントラスト又は見えない構造が線引きされなくてはならず、これは問題のあるタスクである。加えて、一部の患者は、腫瘍拡大に関する情報を得るのに必要なヨウ素造影剤に対するアレルギを持つ。
CT画像の記載された不利点は、CTデータセット以外のソースからの画像の使用により腫瘍及び周囲に関する生理的及び機能的情報の追加により克服されることができる。本願は、上記の問題等を克服する新しい改良された自動位置合わせ(registration)手法を意図する。
本発明の一態様によると、診断イメージングシステムが開示される。第1のスキャナは、対象の関心領域の第1の画像を得る。第2のスキャナは、前記対象の前記関心領域の第2の画像を得る。1つの手段は、前記第1及び第2の画像が一致するように前記第1及び第2の画像を互いに位置合わせする(registers)。1つの手段は、キーホール(keyhole)の輪郭を取る(outline)ように前記第1及び第2の画像を同時にセグメント化する。結合手段は、前記第2の画像のキーホール部分を前記第1の画像の前記キーホールに挿入する。
本発明の他の態様によると、診断イメージングの方法が開示される。対象の関心領域の第1の画像が得られる。前記対象の前記関心領域の第2の画像が得られる。前記第1及び第2の画像は、前記第1及び第2の画像が一致するように互いに位置合わせされる。前記第1及び第2の画像は、キーホールの輪郭を取るように同時にセグメント化される。前記第2の画像のキーホール部分は、前記第1の画像の前記キーホールに挿入される。
本発明の1つの利点は、CTデータと結合された相補的な情報に基づく放射線治療計画における改良されたデータ表現にある。
他の利点は、従来の手動輪郭ツールの増大された効率性にある。
他の利点は、自動輪郭ツールの増大された効率性にある。
他の利点は、活動性腫瘍の識別を単純化する改良された表示にある。
本発明の更に他の利点及び利益は、好適な実施例の以下の詳細な記載を読み、理解すると、当業者に明らかになる。
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成並びに様々なステップ及びステップの構成の形を取ることできる。図面は、好適な実施例を説明する目的のみであり、本発明を限定するように解釈されるべきでない。
図1を参照すると、マルチモダリティシステム10は、PETイメージングシステム12及びコンピュータ断層撮影(CT)スキャナ14のような相補的なモダリティを含む。CTスキャナ14は、輪郭付け又はセグメント化手段16により輪郭付けするのに使用される一次データセットを生成するのに使用される。相補的なモダリティ12は、同じ又は重なる解剖学的領域に関する相補的な情報を提供する相補又は二次データセットを提供するのに使用される。前記相補データセットは、ラベル付けされた解剖学的地図(anatomical atlases)、他の画像モダリティ、例えばMRI及びSPECT等、並びに機能画像、例えばfMRIにより提供されることもできる。前記相補データは、関心のある解剖学的構造の境界を検出するために画像フィーチャ空間の他の特徴を強調することにより自動輪郭アルゴリズムをサポートするために、及びユーザに対する向上された観察環境を提供することにより手動輪郭付けの効率を増大するために使用される。例えば、PET−CTシステムにおいて、PETは、周囲の解剖学的構造の画像を作成するより、むしろ体内の高い代謝活動の画像を作成する。前記PET−CTシステムは、治療が難しい領域(例えば頭部及び頸部領域、縦隔、術後腹部)において特に役立つ。典型的には、PET−CTスキャンを行う前に、前記対象は、放射性医薬品の投薬を受ける。前記医薬品は、特定の器官又は領域に集中し、放射線をこの器官又は領域から放出させる。スキャン中に、放出された放射線の出力(tracings)は、前記対象内の前記放射性医薬品の分布の画像を作成するPETシステムにより検出される。前記画像は、循環系及び/又は様々な領域又は器官における放射性医薬品の相対的吸収を示すことができる。PET−CT画像におけるPETスキャンからの代謝データとのCTスキャンからの解剖学的データの統合は、病気が存在するかどうか、病気の場所及び程度を決定し、適切な治療プランを確立するために追加の視覚的情報を与える。
図1を参照し続けると、CTスキャナ14は、非回転ガントリ18を含む。X線管20は、回転ガントリ22に取り付けられる。ボア(bore)24は、CTスキャナ14の検査領域26を規定する。放射線検出器28のアレイは、回転ガントリ22上に配置され、X線が検査領域26を横断した後にX線管20から放射線を受ける。代わりに、検出器28のアレイは、非回転ガントリ18上に配置されてもよい。
PETイメージングシステム12は、トラック32上に取り付けられた陽電子放出断層撮影(PET)スキャナ30を含む。トラック32は、対象支持台又は寝台34の長手方向軸に平行に延在し、したがってCTスキャナ14及びPETスキャナ30が、図2に見られるように閉じたシステムを形成することを可能にする。モータ及びドライブのような移動手段36は、閉じた位置の中及び外にスキャナ30を移動するために設けられる。検出器38は、好ましくは、検査領域42を規定するボア40の周りの静止リング内に配置される。回転可能な検出器ヘッドも考えられる。モータ及びドライブのような寝台移動手段44は、検査領域26、42内の寝台34の長手方向運動及び垂直調整を提供する。
図1を参照し続け、更に図3A及び3Bを参照すると、撮像技師は、画像処理機能及び操作を実行するCPUプロセッサ又はハードウェア手段48及びソフトウェア手段50を含むワークステーション46を使用してスキャンを実行する。ワークステーション46は、好ましくは、1つ以上の入力デバイス52(例えばコンピュータキーボード、マウス等)及び1つ以上のモニタ又はディスプレイ54を含む。ユーザは、入力デバイス52を介して、ワークステーション46及び/又は全体のシステム10を選択的に制御することができる。対象を運ぶ寝台34は、相補又はPET画像56がPETスキャナ30により生成されるように検査領域42内に寝台移動手段44により移動される。電子データは、PET再構成プロセッサ58によりPET画像に再構成され、PET画像メモリ60に記憶される。寝台移動手段44は、一次又はCT画像62が撮られる前記CTスキャナの検査領域26内に前記対象を運ぶ前記寝台を配置するように寝台34を移動する。より具体的には、前記対象と共にある寝台34は、PETイメージング領域42内の撮像位置と同じであると幾何学的及び機械的に予測されるCT検査領域26内の位置まで移動される。電子データは、CT再構成プロセッサ64により3次元CT画像に再構成され、CT画像メモリ66に記憶される。
相補画像56及びCT画像62は、相補画像56及びCT画像62内の共通の基準点が一致するように画像位置調整プロセッサ又は手段70により互いに位置調整又は位置合わせされる。より具体的には、位置調整プロセッサ70は、スキャナ30とスキャナ14との間の対象運動を補償するために前記画像の相対的なスケーリング、平行移動及び/又は回転を実行し、両方の画像内の共通の基準点の位置合わせを達成するために追加のスケーリング、平行移動、回転並びに他の線形及び非線形変換を使用する。前記基準点は、好ましくは容易に識別可能であり、例えば、相補画像56からCT画像62まで互いに対してほとんど又は全く運動又は相対的な変位を体験しない明確な解剖学的ランドマークである。例えば、前記基準点は、考慮中の組織塊(tissue mass)により体験される運動を考慮して又は前記運動と相対的に実質的に静止している骨の先端でありうる。随意に、前記画像において視覚化されることができる基準又は他の同様な人工的ランドマークが、イメージング中に利用され、位置調整目的で基準点として使用される。
一実施例において、位置調整プロセッサ70は、各画像内の前記基準点のユーザ選択に応答して画像56及び62を自動的に位置合わせする。代替的には、位置調整プロセッサ70は、前記ユーザによる手動位置合わせ又は位置合わせ調整を可能にする。いずれの場合にも、前記位置調整は、前記画像がマークされた後又はマーキングの前に行われることができる。前記位置調整された画像は、位置調整画像メモリ72に記憶される。位置調整された画像56及び62の人間が見ることができる描写(例えば、3次元表現、2次元断面、表面レンダリング等)を提供するために、位置調整画像メモリ72内の画像データは、モニタ54に表示するためにビデオプロセッサ74により適切にフォーマットされる。好ましくは、PET画像56及びCT画像62は、隣り合わせの関係(side-by-side relationship)でディスプレイ54に示される。代替的には、画像56及び62は、重ねられた形式で示される。前記ユーザは、画像56及び62の表示を制御するために入力手段52を使用する。
図1、3A及び3Bを参照し続け、更に図3Cを参照すると、輪郭手段16は、キーホール76を線引きするようにCT画像62をセグメント化し、例えば、関心のある器官のような標的境界78を持つ特定の解剖学的標的体積を指定する。標的境界78は、手動画像修正手段80の使用により前記ユーザにより調整される。手動画像修正手段80は、前記ユーザが、入力手段52を使用して標的境界78をセットアップするようにCT画像62内の接合部分の局所領域を操作することを可能にする手動局所ツールを含む。例えば、鉛筆のような手動ツールが、境界78を変形又は描画するために使用されることができ、一連の鈍い形状変形ツール等が使用されることができる。オペレータは、典型的には、前記CT画像において輪郭付け又はセグメント化するが、同じ輪郭又はセグメントが、前記PET画像において同時に定められる。もちろん、前記PET画像内の前記輪郭又はセグメントの調整は、前記CT画像内の同じ変化を生じる。
結合手段82は、前記CT画像内の輪郭付け又はセグメント化された部分、即ち輪郭付けされたキーホール76を前記PET画像の対応する部分で置き換える。このように、前記PETスキャンにおける前記関心領域は、CT画像により囲まれ、これは、読み取りやすい解剖学的情報を提供し、前記対象に関する前記関心領域を位置特定する際に支援する。代替的には、挿入される関心領域は、他のモダリティからの画像と結合若しくは重畳することにより又は他の強化手法により強化されることができる。画像結合及び/又は重畳手法及び他のアルゴリズムが、当技術分野において既知であるように、結合手段82により採用される。このように、結合画像84は、好ましくは、(i)考慮中の(即ち、相補画像56からの)組織塊又は標的器官の正確な大きさ及び形状並びに代謝情報と、(ii)治療ビームにより損傷される可能性がある(即ち、CT画像62からの)リスク組織の相対的な場所を含む周囲の組織の正確な地図との両方を視覚化する。手動画像修正手段80を使用し続けると、前記ユーザは、例えば、以前に規定されたキーホール内の前記関心領域により良く焦点を合わせるために、マウス52により境界78を移動することができる。このように、前記オペレータは、代謝情報を使用して、前記キーホールを前記標的器官内の標的組織により正確に適合することができる。一実施例において、前記ユーザは、CT画像62を引っ張るのにマウス52の左ボタン86を使用することができ、PET画像56を引っ張るのにマウス52の右ボタン88を使用することができる。このように、前記ユーザは、前記キーホールにおいてPET画像56とCT画像62との間で前後に入れ替えることができる。
一実施例において、結合手段82は、2以上の異なるモダリティからの結合画像をキーホール76上に重畳する。異なるモダリティからの画像の結合は、当技術分野において既知である。前記CTデータの自動セグメント化は、一部の軟らかい組織の不十分なコントラストのため難しい可能性があるので、結合画像をキーホール76上に重畳することは、自動セグメント化プロセスが使用される実施例において特に有利である。前記自動セグメント化は、典型的には、診断画像内の前記関心領域の3次元の所定のモデルを使用する。したがって、一実施例において、前記自動セグメント化は、選択されたモデルで開始されることができ、更に、キーホール76上に複数のモダリティの結合画像を重畳し、境界78を手動で調整して、正確に手動で完成されることができる。
結合手段82からの3次元結合又は重畳画像84は、ワークステーション46により選択的にアクセスされることができる結合画像メモリ90(又は同様の電子、磁気、光学又は他の記憶デバイス)に記憶される。好ましくは、画像メモリ90は、ワークステーション46に組み込まれる。
一実施例において、ワークステーション46は、治療計画に対してセットアップされる。より具体的には、結合手段82は、キーホール76を含む結合画像84上に計画画像を重畳する。これは、放射線治療に対する最適化された関心の体積を規定する腫瘍塊のより良い規定を可能にし、放射線ビームの幾何学的構成をより正確に設計する。放射線治療のような治療は、ハードウェア48上でシミュレートされ、結果がモニタ54に表示される。
例えば、1つのシミュレーションにおいて、放射線の様々な線量が、結合画像84内の選択された領域に対する放出に対して予定される(scheduled)。前記シミュレーションは、前記ユーザが、治療を計画し、前記対象への実際の実施の前にシミュレートされた結果を検討することを可能にする。第1の線量は、キーホール76内の標的組織、例えば腫瘍に対応する領域又は体積を通る第1の軌道に対して予定されることができる。前記標的組織は、キーホール76より小さくてもよく、又はキーホール76は、前記標的組織と一致する大きさであることができる。結果として、前記第1の線量の放出は、前記計画において正確にシミュレートされ、前記対象に対して正確に実行されることができる。同様に、第2の線量が、前記標的組織に対応する領域又は体積を通る第2の軌道に対して予定されることができる。このプロセスは、全てのビームが前記標的組織と直角に交差し、リスク組織を避けることを確実にするように複数の軌道に沿って繰り返される。
図4を参照すると、一例として、肺癌に対する治療を受けている患者が、肺を再検査するフォローアップ検査のためにCTスキャナ14内に配置される。腫瘍学者は、CT画像メモリ66に記憶された前記CTスキャナからの現在の画像を以前に取られた前記患者の画像と比較する。この比較に基づき、前記腫瘍学者は、病気の進行速度、治療の進行、及び回復しているかどうかを決定することができ、これに対応して放射線治療を調整することができる。
病院アーカイブからの又は他の記憶媒体からの同じ患者のキーホール領域の画像データが取り出され、アーカイブ3次元体積画像メモリ102に記憶される。もちろん、CT画像メモリ66及びアーカイブ画像メモリ102の両方が、共通の記憶媒体の部分であってもよい。位置調整手段70は、前記現在の画像及び前記アーカイブ画像を取り出し、モニタ54上の同時表示のために前記2つの画像を自動的に位置合わせする。位置調整プロセッサ70が前記現在の画像及び前記アーカイブ画像において不一致を発見する場合、輪郭手段16は、主な歪を持つ領域上にキーホール76を自動的に配置する。前記ユーザは、この変化が治療に応答した腫瘍の実際の変化により生じたのか、又は前記患者の運動により生じたものかを決定するためにキーホール76内の画像を再確認するようにガイドされる。治療専門家は、この場合、前記治療計画を評価及び/又は修正することができる。
他の実施例において、キーホール76は、一連の時間的に変化する画像を表示する。例えば、画像が複数の先行する治療セッションにおいて生成された場合、全ての先行する画像は、同じキーホールを規定するように輪郭付けされる。前記現在の画像により囲まれたキーホール76は、前記先行する画像の対応する領域を時間的順序で逐次的に表示する。他の例として、放射性医薬品が吸収される又は排出されると、キーホール76は、時間に対するPET又はSPECT画像の発展を表示する。
他の実施例において、2つ以上のキーホール76が規定される。各キーホール76は、異なる腫瘍を規定することができるか、又は一部のキーホールは、腫瘍及び他のリスク組織を規定することができる。CT画像及びPET画像に関連して記載されているが、診断イメージング手法(超音波、MRI、SPECT、蛍光透視、及びデジタルX線等)の他の組み合わせも考えられる。
本発明は、好適な実施例に関連して記載されている。先行する詳細な記載を読み、理解すると、修正及び変更が他に思いつくだろう。本発明が、添付の請求項又は同等物の範囲内に入る限り全てのこのような修正及び変更を含むと解釈されることが意図される。
Claims (21)
- 対象の関心領域の第1の画像を得る第1のスキャナと、
前記対象の前記関心領域の第2の画像を得る第2のスキャナと、
前記第1の画像及び前記第2の画像が一致するように前記第1の画像及び前記第2の画像を互いに位置合わせする手段と、
キーホールの輪郭を取るように前記第1の画像及び前記第2の画像を同時にセグメント化する手段と、
前記第2の画像のキーホール部分を前記第1の画像の前記キーホールに挿入する結合手段と、
を有する診断イメージングシステム。 - 前記第1のスキャナ及び前記第2のスキャナが、異なるモダリティで診断画像を生成する、請求項1に記載のシステム。
- 前記モダリティが、PET、SPECT、MRI、超音波、蛍光透視、CT及びデジタルX線の少なくとも2つを含む、請求項2に記載のシステム。
- 前記結合手段が、前記第1の画像の前記キーホールにおいて少なくとも2つのイメージングモダリティのキーホール部分を結合する、請求項1に記載のシステム。
- 前記セグメント化する手段が、
前記キーホールの境界を手動で修正する手段、
を含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記第1のスキャナが、第1のメモリ手段と接続され、前記対象の前記関心領域の前記第1の画像を生成し、前記システムが、
アーカイブ手段であって、前記アーカイブ手段から以前に取られた前記対象のキーホール領域の前記第2の画像が取り出され、第2のメモリ手段にロードされ、前記位置合わせする手段が、前記キーホールとして前記第1の画像と前記第2の画像との間の主要な歪の領域を選択するように前記セグメント化する手段を自動的に始動する、当該アーカイブ手段、
を更に含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記第1のスキャナが、第1のメモリ手段と接続され、前記対象の前記関心領域の前記第1の画像を生成し、前記システムが、
アーカイブ手段であって、前記アーカイブ手段から前記対象のキーホール領域の以前の第2の画像の系列が取り出され、第2のメモリ手段にロードされ、前記第2の画像が、前記第2のスキャナの時間に対する腫瘍成長の発展及び治療に対してジェネリックであり、前記結合手段が、各第2の画像のキーホール部分を前記第1の画像の前記キーホールに時間的順序で挿入する、当該アーカイブ手段、
を更に含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記結合手段が、前記対象の計画画像を重畳し、前記システムが、
放射線治療セッションをシミュレートするためにユーザにより使用される放射線治療計画ワークステーション、
を更に含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記第1のスキャナ及び前記第2のスキャナが、対応的にCTスキャナ及びPETスキャナである、請求項1に記載のシステム。
- 対象の関心領域の第1の画像を得るステップと、
前記対象の前記関心領域の第2の画像を得るステップと、
前記第1の画像及び前記第2の画像が一致するように前記第1の画像及び前記第2の画像を互いに位置合わせするステップと、
キーホールの輪郭を取るように前記第1の画像及び前記第2の画像を同時にセグメント化するステップと、
前記第2の画像のキーホール部分を前記第1の画像の前記キーホールに挿入するステップと、
を有する診断イメージングの方法。 - 前記第1の画像及び前記第2の画像が、異なるモダリティで生成される、請求項10に記載の方法。
- 前記モダリティが、PET、SPECT、MRI、超音波、蛍光透視、CT及びデジタルX線の少なくとも2つを含む、請求項11に記載の方法。
- 前記挿入するステップが、
前記第1の画像の前記キーホールにおいて少なくとも2つのモダリティのキーホール部分を結合するステップ、
を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記セグメント化するステップが、
前記キーホールの境界を手動で修正するステップ、
を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記対象の前記関心領域の前記第1の画像を生成するステップと、
アーカイブ手段から前記対象の前記関心領域の以前に生成された前記第2の画像を得るステップと、
前記キーホールとして前記第1の画像と前記第2の画像との間の主要な歪の領域を自動的に選択するステップと、
を更に含む、請求項10に記載の方法。 - 第1のスキャナを用いて前記対象の前記関心領域の一次画像を生成するステップと、
アーカイブ手段から前記対象のキーホール領域の以前の第2の画像の系列を得るステップであって、前記第2の画像が第2のスキャナを用いて生成され、時間に対する腫瘍の治療及び発展の特徴を示す、当該得るステップと、
前記第1の画像の前記キーホールにおいて各第2の画像のキーホール部分を時間的順序で挿入するステップと、
を更に含む、請求項10に記載の方法。 - 前記挿入するステップが、前記対象の計画画像を重畳するステップを含み、前記方法が、
放射線治療ワークステーションにおいて放射線治療セッションをシミュレートするステップ、
を更に含む、請求項10に記載の方法。 - 前記第1の画像がCTスキャナを用いて生成され、前記第2の画像を得るステップが、
PETスキャナを用いて前記第2の画像を生成するステップ、
を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記キーホール内で前記第1の画像及び前記第2の画像を切り換えるステップ、
を更に含む、請求項10に記載の方法。 - 請求項10に記載の方法を実行するイメージング装置。
- 対象の関心領域の第1の画像を得る第1のスキャナと、
前記対象の前記関心領域の第2の画像を得る第2のスキャナと、
前記第1の画像及び前記第2の画像が一致するように前記第1の画像及び前記第2の画像を互いに位置合わせするステップと、
キーホールの輪郭を取るように前記第1の画像及び前記第2の画像を同時にセグメント化するステップと、
前記第2の画像のキーホール部分を前記第1の画像の前記キーホールに挿入するステップと、
を実行するようにプログラムされたプロセッサと、
を有する診断イメージングシステム。
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