JP2009201840A - Ｘ線ｃｔ装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被検体における金属等のＸ線高吸収体周辺の組織がより高精度に復元されたＸ線ＣＴ断層像を得る。
【解決手段】実測投影データＰ0のうちＸ線高吸収体７２ａ，７２ｂを透過するパスのデータをその周辺のデータから推定されるデータに置換し（Ｓ１０３）、置換済投影データから断層像Ｇ1を画像再構成する（Ｓ１０４）。その後、断層像Ｇi（ｉ＝１，２，３，…）を順投影して投影データＰi+1を得る処理（Ｓ１０６）と、投影データＰi+1に基づいて断層像Ｇi+1を画像再構成する処理（Ｓ１０８）とを、ｎ回（ｎ≧１）行って、最後に得られた断層像Ｇn+1を最終的な断層像として得る（Ｓ１１１）。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置およびそのためのプログラム（program）に関し、特に、Ｘ線ＣＴ撮影によって得られる断層像の画質改善技術に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ撮影して得られる被検体の断層像における画質を改善する手法として、被検体内に存在するＸ線高吸収体による画質低下を改善する手法が種々提案されている。

例えば、画像再構成する前の投影データ（data）や、画像再構成された断層像を数学的に複数ビュー（view）で順投影して得られた投影データにおいて、Ｘ線高吸収体を通るパス（path）（Ｘ線高吸収体透過領域）に対応するデータを除去した後に画像再構成する手法が知られている。また、例えば、投影データにおけるＸ線高吸収体透過領域に対応するデータをその周辺のデータから推定されるデータに置換した後に画像再構成する手法が知られている（例えば、特許文献１，段落[００５２]〜[００５８]等参照）。

このような手法によれば、Ｘ線高吸収体がコントラスト（contrast）の低い観察し易い画像として表され、さらにＸ線高吸収体の影響によるアーチファクト（artifact）が低減された断層像を得ることができる。
特開２００５−００６８３２号公報

しかしながら、上記の手法では、Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを取り除いたり、推定して置換したりしただけであるから、投影データにおいては、Ｘ線高吸収体がなければ得ることができたＸ線高吸収体以外の組織の情報が欠落したままである。したがって、このような投影データから断層像を画像再構成した場合には、Ｘ線高吸収体周辺の組織の画像は十分に復元されず、観察に適した断層像が得られない。

本発明は、上記事情に鑑み、被検体のＸ線高吸収体周辺の組織がより高精度に復元された断層像を得ることが可能なＸ線ＣＴ装置、およびそのためのプログラムを提供することを目的とする。

第１の観点では、本発明は、Ｘ線高吸収体を含む被検体を複数ビューでＸ線照射し前記被検体の透過Ｘ線を複数のチャネルを有するＸ線検出器で検出して、前記被検体の実測投影データを得る撮影手段と、前記実測投影データに基づいてＸ線高吸収体透過領域を特定する高吸収体領域特定手段と、前記実測投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを、該領域の近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換して、置換済投影データを得るデータ置換手段と、前記置換済投影データに基づいて断層像を画像再構成する第１の再構成手段と、前記第１の再構成手段により画像再構成された断層像を前記複数ビューで順投影して順投影データを算出する順投影手段と、前記順投影データに基づいて断層像を画像再構成する第２の再構成手段とを備えるＸ線ＣＴ装置を提供する。

第２の観点では、本発明は、Ｘ線高吸収体を含む被検体を複数ビューでＸ線照射し前記被検体の透過Ｘ線を複数のチャネル（channel）を有するＸ線検出器で検出して、前記被検体の実測投影データを得る撮影手段と、前記実測投影データに基づいてＸ線高吸収体透過領域を特定する高吸収体領域特定手段と、前記実測投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを、該領域の近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換して、置換済投影データを得るデータ置換手段と、前記置換済投影データに基づいて断層像を画像再構成する第１の再構成手段と、所定の断層像を前記複数ビューで順投影して順投影データを算出する順投影手段と、前記順投影データに基づいて断層像を画像再構成する第２の再構成手段と、前記順投影手段および前記第２の再構成手段による処理を複数回繰返し行わせ、最後に再構成された断層像を得る制御手段とを備え、前記所定の断層像は、１回目の処理では、前記第１の再構成手段により得られる断層像であり、２回目以降の処理では、前回の処理にて前記第２の再構成手段により得られる断層像である、Ｘ線ＣＴ装置を提供する。

第３の観点では、本発明は、前記順投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値を、該データの値と、前記置換済投影データまたは前記所定の断層像の画像再構成に用いた投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値との差分に基づいて変化させるよう調整してなる調整済投影データを得るデータ調整手段をさらに備え、前記第２の再構成手段が、前記調整済投影データに基づいて断層像を画像再構成し、前記制御手段は、前記順投影手段、前記データ調整手段、および前記第２の再構成手段による処理を複数回繰返し行わせる上記第２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第４の観点では、本発明は、前記データ調整手段が、前記順投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値に対して、該データの値と、前記置換済投影データまたは前記所定の断層像の画像再構成に用いた投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値との差分に所定の重みを掛けて得られる値を加算することにより、前記調整済投影データを得る上記第３の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第５の観点では、本発明は、前記データ調整手段が、前記順投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値に対して、該データの値と、前記置換済投影データまたは前記所定の断層像の画像再構成に用いた投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値との差分に依存する所定の関数で導出される値を加算することにより、前記調整済投影データを得る上記第３の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第６の観点では、本発明は、前記データ置換手段が、前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを前記近傍領域のデータと実質的に同レベル（level）の値を有するデータに置換する上記第１の観点から第５の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第７の観点では、本発明は、前記順投影手段が、前記所定の断層像を、前記Ｘ線高吸収体を通るパスについてのみ順投影して前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを得、前記所定の断層像の画像再構成に用いた投影データに該Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを上書きして前記順投影データを算出する上記第２の観点から第６の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第８の観点では、本発明は、前記Ｘ線高吸収体特定手段が、前記実測投影データにおけるデータの値の閾値判定に基づいて前記Ｘ線高吸収体透過領域を特定する上記第１の観点から第７の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ置を提供する。

第９の観点では、本発明は、前記Ｘ線高吸収体特定手段が、前記実測投影データから画像再構成して得られる断層像における画素値の閾値判定、または、該断層像上での操作者による位置指定に基づいて、該断層像のＸ線高吸収体領域を抽出し、前記Ｘ線高吸収体透過領域を特定する上記第１の観点から第８の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。

第１０の観点では、本発明は、コンピュータ（computer）を、Ｘ線高吸収体を含む被検体を複数ビューでＸ線照射し前記被検体の透過Ｘ線を複数のチャネルを有するＸ線検出器で検出して得られる前記被検体の実測投影データに基づいて、Ｘ線高吸収体透過領域を特定する高吸収体領域特定手段と、前記実測投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを、該領域の近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換して、置換済投影データを得るデータ置換手段と、前記置換済投影データに基づいて断層像を画像再構成する第１の再構成手段と、前記第１の再構成手段により画像再構成された断層像を前記複数ビューで順投影して順投影データを算出する順投影手段と、前記順投影データに基づいて断層像を画像再構成する第２の再構成手段として機能させるためのプログラムを提供する。

第１１の観点では、本発明は、コンピュータを、Ｘ線高吸収体を含む被検体を複数ビューでＸ線照射し前記被検体の透過Ｘ線を複数のチャネルを有するＸ線検出器で検出して得られる前記被検体の実測投影データに基づいて、Ｘ線高吸収体透過領域を特定する高吸収体領域特定手段と、前記実測投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを、該領域の近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換して、置換済投影データを得るデータ置換手段と、前記置換済投影データに基づいて断層像を画像再構成する第１の再構成手段と、所定の断層像を前記複数ビューで順投影して順投影データを算出する順投影手段と、前記順投影データに基づいて断層像を画像再構成する第２の再構成手段と、前記順投影手段および前記第２の再構成手段による処理を複数回繰返し行わせ、最後に再構成された断層像を得る制御手段として機能させるためのプログラムであり、前記所定の断層像が、１回目の処理では、前記第１の再構成手段により得られる断層像であり、２回目以降の処理では、前回の処理にて前記第２の再構成手段により得られる断層像である、プログラムを提供する。

ここで、「Ｘ線高吸収体透過領域」とは、Ｘ線がＸ線高吸収体を実際にまたは仮想的に透過する領域を意味する。

また、「チャネル」とは、Ｘ線検出器を構成するＸ線検出素子、およびそのＸ線検出素子で得られるデータの単位を意味する。

本発明によれば、データ置換手段が、実測投影データにおけるＸ線高吸収体透過領域に対応したデータをその近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換し、第１の再構成手段が、置換済投影データで断層像を画像再構成し、順投影手段および第２の再構成手段が、この断層像を基に、順投影と画像再構成とを、１回または反復的に複数回行うので、高吸収体透過領域以外の領域に対応するデータが有するＸ線高吸収体以外の組織の情報を、Ｘ線高吸収体を透過して得られたデータの影響を抑えて断層像に担持させ、断層像が担時したＸ線高吸収体以外の組織の情報をＸ線高吸収体透過領域に対応するデータに反映させて、本来得られるべき画像と投影データとの間の矛盾を減少させることができ、被検体のＸ線高吸収体周辺の組織がより高精度に復元された断層像を得ることが可能となる。

これより本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態によるＸ線ＣＴ装置１００の構成ブロック（block）図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１と、撮影テーブル（table）１０と、走査ガントリ（gantry）（撮影手段）２０とを具備している。

なお、ここでは、鉛直方向をｙ軸方向、撮影テーブル１０の搬送方向（通常、Ｘ線ビームの厚み方向、あるいは、被検体の体軸方向に一致する）をｚ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向に垂直な方向をｘ軸方向と定義する。

操作コンソール１は、操作者の入力を受け付けるキーボード（keyboard）またはマウス（mouse）などの入力装置２と、スキャン（scan）制御処理などを実行する中央処理装置３と、走査ガントリ２０で収集したＸ線検出器データを収集するデータ収集バッファ（buffer）５とを具備している。さらに、操作コンソール１は、各種の情報を表示するモニタ（monitor）６と、プログラム、投影データ等を記憶する記憶装置７とを具備している。撮影条件は、入力装置２から入力され記憶装置７に記憶される。

撮影テーブル１０は、被検体７１を載せて走査ガントリ２０の開口部に出し入れするクレードル（cradle）１２を具備している。クレードル１２は撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動する。

走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１と、Ｘ線管電圧やＸ線照射タイミング（timing）を制御するＸ線制御部２２と、Ｘ線管２１から照射されたＸ線を扇状のＸ線ビーム８１に整形するコリメータ（collimator）２３と、被検体７１を透過したＸ線ビーム８１を検出するＸ線検出器２４と、Ｘ線検出器２４の出力に基づいて投影データを収集するデータ収集装置（DAS: Data Acquisition System）２５とを具備している。

さらに、走査ガントリ２０は、Ｘ線管２１、コリメータ２３、およびＸ線検出器２４を保持し、被検体７１の体軸の回りに回転するガントリ回転部１５と、ガントリ回転部１５を制御する回転制御部２６と、制御信号を操作コンソール１とＸ線制御部２２、回転制御部２６、撮影テーブル１０などとの間でやり取りするガントリ制御部２９とを具備している。

Ｘ線管２１、コリメータ２３、Ｘ線検出部２４は、ガントリ回転部１５の所定の基部に支持されて所定の位置関係を維持している。すなわち、Ｘ線管２１とＸ線検出器２４とは、相対向して配置され、またコリメータ２３は、Ｘ線管２１とＸ線検出器２４との間に配置されている。そして、Ｘ線管２１から放射されたＸ線が、コリメータ２３が形成するスリット（slit）を通過することによって、所定の厚みと広がり、すなわちコーン（cone）角とファン（fan）角を有する扇状のＸ線ビーム（beam）が形成される。

Ｘ線検出部２４は、複数のＸ線検出素子、例えば、１０００チャネル（channel）分に対応する１，０００個Ｘ線検出素子２４ａを、Ｘ線ビームの広がり方向、すなわちチャネル方向に配列してなる検出素子列を、Ｘ線ビームの厚み方向（ｚ軸方向）に複数個、例えば６４個配設してなる、いわゆる多列Ｘ線検出器である。

中央処理装置３は、スキャン制御部３１、Ｘ線高吸収体特定部（Ｘ線高吸収体特定手段）３２、データ置換部（データ置換手段）３３、第１の再構成部（第１の再構成手段）３４、順投影部（順投影手段）３５、データ調整部（データ調整手段）３６、第２の再構成部（第２の再構成手段）３７、繰返し制御部（制御手段）３８を有している。中央処理装置３は、例えば、コンピュータ（computer）により構成され、記憶装置７に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、これら各部として機能する。

スキャン制御部３１は、Ｘ線高吸収体を含む被検体７１を複数ビューでＸ線投影して、画像再構成に必要な実測投影データＰ0（view，ch）を収集すべく、Ｘ線制御部２２、回転制御部２６、および撮影テーブル１０を、ガントリ制御部２９を介して制御する。

Ｘ線高吸収体特定部３２は、実測投影データＰ0（view，ch）に基づいて、断層像空間におけるＸ線高吸収体透過領域を特定する。ここでは、Ｘ線高吸収体特定部３２は、ビューごとに、実測投影データＰ0（view，ch）におけるデータの値の閾値判定に基づいて、Ｘ線高吸収体透過領域を特定する。例えば、Ｘ線検出器２４の出力信号強度をデータの値で表し、最大のデータの値を１００％として、データの値が２０％以下の部分をＸ線高吸収体透過領域に対応する部分として特定する。

データ置換部３３は、実測投影データＰ0（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応するデータを当該領域の近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換して、置換済投影データＰ1（view，ch）を得る。ここでは、データ置換部３３は、Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータをその近傍領域と実質的に同レベルの値を有するデータに置換する。例えば、ファンパラ（fan-parallel）変換後の実測投影データＰ0（view，ch）において、ビューごとに、１ビューの投影データを表すプロファイル（profile）上で、Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータの値を、この領域の両端に対応するデータの値の点同士を結ぶ直線で近似して置換する。

第１の再構成部３４は、置換済投影データＰ1（view，ch）に基づいて、断層像Ｇ1を画像再構成する。画像再構成には、例えば、従来公知のフェルドカンプ（Feldkamp）法による三次元画像再構成法、他の三次元画像再構成法、あるいは二次元画像再構成法等を用いることができ、例えば、次のような手順により行われる。まず、投影データに対して、周波数領域に変換する高速フーリエ変換（FFT: Fast Fourier Transform）を施し、それに再構成関数Kernel(j)を重畳し、逆フーリエ変換する。そして、再構成関数Kernel(j)を重畳処理した投影データに対して逆投影処理を行い、被検体ＨＢを体軸方向（ｚ軸方向）にスライス（slice）したときの所定のスライスに対応する断層像（ｘｙ平面）を求める。

順投影部３５は、所定の断層像Ｇi（ｉ＝１，２，３，…）を複数ビューで順投影して投影データ（順投影データ）Ｐi+1を算出する。すなわち、所定のアルゴリズム（algorithm）を用いて、断層像Ｇiを構成する各画素をビューごとに順投影投影データＰi+1（view，ch）を算出する。順投影部３５は、後述の繰返し制御部３８の制御により、上記の順投影処理を１回または複数回行う。順投影処理は、例えば、ビューごとに、平行ビームを仮想的に照射して投影する。なお、断層像Ｇiは、１回目（ｉ＝１）の処理では、第１の再構成部３４により得られる断層像Ｇ1であり、２回目以降（ｉ≧２）の処理では、前回の処理で第２の再構成部３７により得られる断層像Ｇiである。ここでは、順投影部３５は、所定の断層像Ｇiを、Ｘ線高吸収体とそれ以外の組織とを通るすべてのパスについて順投影して投影データＰi+1（view，ch）を算出する。

データ調整部３６は、順投影部３５で得られた投影データＰi+1（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応するチャネルのデータの値を、当該データの値と、置換済投影データＰ1（view，ch）または断層像Ｇiの画像再構成に用いた投影データＰi（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応するチャネルのデータの値との差分に応じて変化させるよう調整してなる投影データ（調整済投影データ）Ｐ′i+1（view，ch）を得る。

ここでは、データ調整部３６は、投影データＰi+1（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応する各チャネルのデータごとに、当該チャネルのデータの値に対して、当該チャネルのデータの値と、断層像Ｇiの画像再構成に用いた投影データＰi（view，ch）における当該チャネルに対応するチャネルのデータの値との差分ΔＰi+1に所定の重み係数αを掛けて得られるデータの値α・ΔＰi+1を加算することにより投影データＰ′i+1（view，ch）を得る。

すなわち、次の数式１に従って、投影データＰ′i+1（view，ch）を得る。

Ｐ′i+1（view，ch）＝Ｐi+1（view，ch）＋α・ΔＰi+1（view，chz）
ただし、ΔＰi+1（view，chz）＝Ｐi+1（view，chz）−Ｐi（view，chz），
α＝重み係数，chz＝Ｘ線高吸収体透過領域に対応するチャネル
…（数式１）

第２の再構成部３７は、データ調整部３６で得られた投影データＰ′i+1（view，ch）に基づいて、断層像Ｇi+1を画像再構成する。

繰返し制御部３８は、順投影部３５、データ調整部３６、および第２の再構成部３７による処理を１回または複数回繰返し行わせ、最後に再構成された断層像を最終的な断層像として得る。

これより、本実施形態によるＸ線ＣＴ装置１００の動作の流れについて説明する。

図２は、本実施形態によるＸ線ＣＴ装置１００の動作の流れを表すフローチャート（flowchart）である。

ステップ（step）Ｓ１０１では、被検体７１をＸ線ＣＴ撮影して実測投影データＰ０を収集する。具体的には、スキャン制御部３１が、ガントリ制御部２９を介してＸ線制御部２２および回転制御部２６に制御信号を送り、ガントリ回転部１５を回転させるとともにＸ線管２１からＸ線ビーム８１を被検体７１に照射させる。データ収集装置２５は、その間、Ｘ線検出器２４が透過Ｘ線を検出して出力する検出信号を実測投影データＰ０に変換してデータ収集バッファ５に送り、収集された実測投影データＰ０は記憶装置７に記憶される。

図３は、被検体７１のサンプルモデル（sample model）における所定の断面（ｘｙ平面）とその投影データを示す図である。この図３において、ビューの角度は、ｙ軸方向下向きが０度、ｘ軸方向右向きが９０度である。なお、図示の投影データはファンパラ（fan-parallel）変換後のものを示している。断面ＳＬは、図３に示すように、全体として楕円形状であり、軟部組織７４と、軟部組織７４の略中央に位置する小円形状のオブジェクト（object）７３と、オブジェクト７３をｘ軸方向に挟むような位置関係にある２つの大円形状のＸ線高吸収体７２ａ，７２ｂとを含んでいる。断面ＳＬの０度方向への実測投影データＰ0（0，ch）および９０度のビューでの実測投影データＰ0（90，ch）は、それぞれ、Ｘ線検出器２４のチャネル番号ｃｈを横軸、その検出信号強度ｐを縦軸として表したものである。

各投影データにおいて、軟部組織７４のみを透過するパスに対応する検出信号強度は、その組織のパス長に応じたレベルとなり、Ｘ線高吸収体７２ａまたは７２ｂを透過するパスに対応する検出信号強度は、その組織のパス長に関係なく略０レベルとなる。また、軟部組織７４とオブジェクト７３とを透過するパスに対応する検出信号強度は、軟部組織７４のみを透過する場合のレベルより低く、Ｘ線高吸収体７２ａ，７２ｂを透過する場合のレベルより高い中間的なレベルであって、その組織のパス長に応じたレベルとなる。すなわち、実測投影データＰ0（0，ch）においては、Ｘ線高吸収体７２ａのｘ軸方向の一端から他端までの領域であるチャネルch1−ch2間の領域と、Ｘ線高吸収体７２ｂのｘ軸方向の一端から他端までの領域であるチャネルch5−ch6間の領域での検出信号強度は、略０レベルである。また、オブジェクト７３のｘ軸方向の一端から他端までの領域であるチャネルch3−ch4間の領域での検出信号強度は、中間的なレベルであって組織のパス長に応じたレベルあり、その他の領域での検出信号強度は、より高いレベルであって組織のパス長に応じたレベルとなる。

一方、実測投影データＰ0（90，ch）において、Ｘ線高吸収体７２ａ，７２ｂの一端から他端までの領域であるチャネルch7−ch8間の領域での検出信号強度は、略０レベルであり、その他の領域での検出信号強度は、より高いレベルであって組織のパス長に応じたレベルとなる。

ステップＳ１０２では、データの値の閾値判定により実測投影データＰ0におけるＸ線高吸収体透過領域を特定する。具体的には、Ｘ線高吸収体特定部３２が、すべてのビューにおける実測投影データＰ0（view，ch）の最大のデータの値、あるいは、各ビューにおける実測投影データＰ0（view，ch）の最大のデータの値を１００％として、ビューごとに、実測投影データＰ0の中でデータの値が２０％以下の部分をＸ線高吸収体透過領域として特定する。図３の例では、実測投影データＰ0（0，ch）においては、ch1−ch2間の領域と、ch5−ch6間の領域とがＸ線高吸収体透過領域として特定され、投影データＰ0（90，ch）においては、ch7−ch8間の領域がＸ線高吸収体透過領域として特定される。

図４は、置換済投影データＰ1（view，ch）の一部と、置換済投影データＰ1（view，ch）から画像再構成される断層像Ｇ１とを示す図である。なお、図示の投影データはファンパラ変換後のものを示している。

ステップＳ１０３では、実測投影データＰ0（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応するデータをその近傍領域から推定されるデータに置換して、置換済投影データＰ1（view，ch）を得る。具体的には、データ置換部３３が、ビューごとに、１ビューの投影データを表すプロファイル上で、Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータの値をこの領域の両端に対応するデータの値の点同士を結ぶ直線で近似して置換する。例えば、図３に示すような０度方向のビューの実測投影データＰ0（0，ch）において、Ｐ0（0，ch1）の点とＰ0（0，ch2）の点とを結ぶ直線で近似するとともに、Ｐ0（0，ch5）の点とＰ0（0，ch6）の点とを結ぶ直線で近似して置換し、図４に示すような置換済投影データＰ1（0，ch）を生成する。同様に、図３に示すような９０度方向のビューの実測投影データＰ0（90，ch）において、Ｐ0（90，ch7）の点とＰ0（90，ch8）の点とを結ぶ直線で近似して置換し、図４に示すような置換済投影データＰ1（90，ch）を生成する。このような置換処理を、ビューごとに行って、複数ビューの置換済投影データＰ1（view，ch）を得る。

ステップＳ１０４では、置換済投影データＰ1（view，ch）に基づいて断層像Ｇ1を画像再構成する。具体的には、第１の再構成部３４が、置換済投影データＰ1（view，ch）にフェルドカンプ法による三次元画像再構成処理等を施して断層像Ｇ1を得る。

このように、ステップＳ１０３，Ｓ１０４の処理により、Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを周辺のデータから推測して置換し、置換済投影データから断層像を画像再構成すると、高吸収体透過領域以外の領域のデータが有するＸ線高吸収体以外の組織の情報を、Ｘ線高吸収体を透過して得られたデータの影響を抑えて断層像に担持させることができる。

断層像Ｇ1は、例えば図４に示すように、被検体７１の表皮に対応する輪郭線１７１と、軟部組織７４に対応する軟部組織画像１７４と、Ｘ線高吸収体７２ａ，７２ｂにそれぞれ対応するＸ線高吸収体画像１７２ａ，１７２ｂと、オブジェクト７３に対応するオブジェクト画像１７３と、Ｘ線高吸収体画像１７２ａ，１７２ｂの周辺に発生するストリーク（streak）状のアーチファクト１７５とを含んでいる。Ｘ線高吸収体画像１７２ａ，１７２ｂは、ステップＳ１０３でのデータ置換の効果により、軟部組織画像１７４に近い画素値で再構成され、歪も少ない。オブジェクト画像１７３は、９０度方向のビューの置換投影データＰ1（90，ch）など、Ｘ線高吸収体７２ａまたは７２ｂとオブジェクト７３とが重なるパスを有するビューの投影データにおいて、オブジェクト７３の情報が欠落してしまうが、それ以外のビューの投影データにおいては、オブジェクト７３の情報を含んでいるため、オブジェクト画像１７３はｙ軸方向に延びる楕円形状となって歪んで現れる。

ステップＳ１０５では、後述の繰返し処理における繰返し回数をカウント（count）するためのパラメータ（parameter）ｉを１にセット（set）する。

ステップＳ１０６では、断層像Ｇiを複数ビューで順投影して、投影データＰi+1（view，ch）を算出する。具体的には、順投影部３５が、所定のアルゴリズムを用いて、断層像Ｇiを構成する各画素をビューごとに順投影することにより、投影データＰi+1（view，ch）を得る。このとき、順投影部３５は、断層像ＧiをＸ線高吸収体を通過するパスについてのみ順投影してＸ線高吸収体透過領域に対応するデータを得、投影データＰi（view，ch）にＸ線高吸収体透過領域に対応するデータを上書きして投影データＰi+1（view，ch）を算出する。なお、ステップＳ１０６では、１回目の処理（ｉ＝１）で処理対象となる断層像Ｇiは、ステップＳ１０４で第１の再構成部３４により得られた断層像Ｇ1である。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で得られた投影データＰi+1（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応するチャネルのデータの値を調整して、投影データＰ′i+1（view，ch）を得る。具体的には、データ調整部３６が、投影データＰi+1（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応するチャネルのデータの値に対して、当該データの値と、断層像Ｇiの画像再構成に用いた投影データＰi（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応するチャネルのデータの値との差分ΔＰi+1に所定の重み係数αを掛けて得られるデータの値α・ΔＰi+1を加算することにより投影データＰ′i+1（view，ch）を得る。

図５は、投影データＰ′2（view，ch）の一部と、この投影データＰ′2（view，ch）から画像再構成される断層像Ｇ2とを示す図である。なお、図示の投影データはファンパラ変換後のものを示している。

図５に示すように、０度方向での投影データＰ′2（0，ch）では、置換済投影データＰ1（0，ch）と略同じプロファイルになる。一方、９０度方向での投影データＰ′2（90，ch）では、Ｘ線高吸収体透過領域であるＰ′2（90，ch7）〜Ｐ′2（90，ch8）において、図４に示す断層像Ｇ1におけるオブジェクト画像１７３のｙ軸方向に伸びた楕円形状が情報としてフィードバック（feedback）されており、置換済投影データＰ1（90，ch7）〜Ｐ1（90，ch8）と比して、パス方向に凹状のプロファイルになる。

ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７にてデータ調整して得られた投影データＰ′i+1（view，ch）に基づいて、断層像Ｇi+1を画像再構成する。具体的には、第２の再構成部３７が、投影データＰ′i+1（view，ch）にフェルドカンプ法による三次元画像再構成処理等を施して断層像Ｇi+1を得る。

例えば、断層像Ｇ2は、図５に示すように、被検体７１の表皮に対応する輪郭線２７１と、軟部組織７４に対応する軟部組織画像２７４と、Ｘ線高吸収体７２ａ，７２ｂにそれぞれ対応するＸ線高吸収体画像２７２ａ，２７２ｂと、オブジェクト７３に対応するオブジェクト画像２７３と、Ｘ線高吸収体画像２７２ａ，２７２ｂの周辺に発生するストリーク状のアーチファクト２７５とを含んでいる。Ｘ線高吸収体画像２７２ａ，２７２ｂは、断層像Ｇ1と同様、軟部組織画像２７４に非常に近い画素値で再構成される。オブジェクト画像２７３は、オブジェクト画像１７３と比して、よりオブジェクト７３の形状に近い楕円形状となって現れる。これは、順投影等によって、投影データＰ′2（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応するデータ、例えば９０度方向でのＰ′2（90，ch7）〜Ｐ′2（90，ch8）に、オブジェクト画像１７３の情報が反映されたことから、オブジェクト７３がより精度よく復元された結果である。また、アーチファクト２７５もアーチファクト１７５に比して、より低減される。

このように、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８の処理により、断層像が担時したＸ線高吸収体以外の組織の情報をＸ線高吸収体透過領域に対応するデータに反映させて、本来得られるべき画像と投影データとの間の矛盾を減少させることができる。

ステップＳ１０９では、繰返し制御部３８が、パラメータｉ＝ｎか否かを判定することにより、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８の処理、すなわち、順投影、データ調整、および画像再構成による処理が、設定されたｎ回数分繰り返されたか否かを判定する。このステップＳ１０９において、パラメータｉ≠ｎであると判定された場合には、ステップＳ１１０に進み、繰返し制御部３８が、パラメータｉをインクリメントする。その後ステップＳ１０６に戻り、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８の処理を再び繰り返す。一方、パラメータｉ＝ｎであると判定された場合には、ステップＳ１１１に進み、断層像Ｇn+1を、被検体７１の最終的な断層像とする。

２回目以降のステップＳ１０６では、１回目の処理と異なり、前回のステップＳ１０８で画像再構成された断層像Ｇiを順投影して、投影データＰi+1（view，ch）を得ることになる。例えば、２回目の処理では、ｉ＝２であるから、１回目の処理のときにステップＳ１０８で得られた断層像Ｇ2を順投影して、投影データＰ3（view，ch）を得る。

そして、２回目以降のステップＳ１０７，Ｓ１０８においては、１回目のときと同様に、Ｐi+1（view，ch）のデータ調整を行って投影データＰ′i+1（view，ch）を得、この投影データＰ′i+1（view，ch）に基づいて断層像Ｇi+1を画像再構成する。例えば、２回目の処理では、ｉ＝２であるから、Ｐ3（view，ch）のデータ調整を行って投影データＰ′3（view，ch）を得、この投影データＰ′3（view，ch）に基づいて断層像Ｇ3を画像再構成する。

図６は、投影データＰ′3（view，ch）の一部と、この投影データＰ′3（view，ch）から画像再構成される断層像Ｇ２_3とを示す図である。

図６に示すように、０度方向のビューの投影データＰ′3（0，ch）では、投影データＰ′2（0，ch）と略同じプロファイルになる。一方、９０度方向のビューの投影データＰ′3（90，ch）では、Ｘ線高吸収体透過領域であるＰ′3（90，ch7）〜Ｐ′3（90，ch8）において、図５に示す断層像Ｇ２_2におけるオブジェクト画像２７３のｙ軸方向に少しだけ伸びた楕円形状が情報としてフィードバックされており、投影データＰ′2（90，ch7）〜Ｐ′2（90，ch8）と比して、ｙ軸方向に縮まった凹状のプロファイルになる。

また、断層像Ｇ3は、例えば図６に示すように、前回得られた断層像Ｇ2と同様、Ｘ線高吸収体７２ａ，７２ｂにそれぞれ対応するＸ線高吸収体画像３７２ａ，３７２ｂと、オブジェクト７３に対応するオブジェクト画像３７３とを含んでいる。しかし、断層像Ｇ3は、前回得られた断層像Ｇ3と比較すると、Ｘ線高吸収体画像３７２ａ，３７２ｂは、軟部組織画像１７４，２７４にさらに近い画素値で再構成され歪もより少なくなり、また、オブジェクト画像３７３は、より円形状に近くなる。Ｘ線高吸収体画像３７２ａ，３７２ｂの周辺に発生するストリーク状のアーチファクト３７５もほとんど見られなくなる。

このようにステップＳ１０６〜Ｓ１０８をｎ回繰返し行うことにより、Ｘ線高吸収体周辺の組織がより高精度に復元され、Ｘ線高吸収体周辺のアーチファクトも低減された、被検体７１の最終的な断層像を得ることができる。

以上、本実施形態によれば、実測投影データＰ0のうちＸ線高吸収体７２ａ，７２ｂを透過するパスのデータをその周辺のデータから推定されるデータに置換して断層像Ｇ1を画像再構成した後に、断層像Ｇi（ｉ＝１，２，３，…）を順投影して投影データＰi+1を得る処理と、投影データＰi+1に基づいて断層像Ｇi+1を画像再構成する処理とを、ｎ回（ｎ≧１）行って、最後に得られた断層像Ｇn+1を最終的な断層像として得るので、高吸収体透過領域以外の領域のデータが有するＸ線高吸収体以外の組織の情報を、Ｘ線高吸収体を透過して得られたデータの影響を抑えて断層像に担持させ、断層像が担時したＸ線高吸収体以外の組織の情報をＸ線高吸収体透過領域に対応するデータに反映させて、本来得られるべき画像と投影データとの間の矛盾を減少させることができ、被検体のＸ線高吸収体周辺の組織がより高精度に復元された断層像を得ることが可能となる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り種々の変形が可能である。

例えば、Ｘ線高吸収体特定部３２は、実測投影データＰ0（view，ch）から画像再構成して得られる断層像Ｇ0における、画素値の閾値判定または操作者による位置指定に基づいて、断層像Ｇ0のＸ線高吸収体領域を抽出し、実測投影データＰ0（view，ch）のうち、Ｘ線がそのＸ線高吸収体領域を透過するパスに対応するデータ領域をＸ線高吸収体透過領域として特定してもよい。

また、例えば、順投影部３５は、所定の断層像Ｇiを、Ｘ線高吸収体を通るパスについてのみ順投影してＸ線高吸収体透過領域に対応するデータを得、断層像Ｇiの画像再構成に用いた投影データに当該Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを上書きして投影データＰi+1（view，ch）を算出してもよい。所定の断層像Ｇiをすべてのパスについて順投影する方法の場合には、投影データの復元作用がＸ線高吸収体透過領域にしか及ばないが、計算量が減り処理時間が短くなるという利点がある。逆に、所定の断層像Ｇiを、Ｘ線高吸収体を通るパスについてのみ順投影する方法の場合には、処理時間は長くなるが、投影データの復元作用がＸ線高吸収体透過領域以外の領域にも及ぶので断層像全体における画質向上が期待できる。なお、中間をとって、順投影部３５は、所定の断層像Ｇiを、Ｘ線高吸収体とＸ線高吸収体以外の組織の一部とを通るパスについて順投影してＸ線高吸収体透過領域を含む領域に対応するデータを得、断層像Ｇiの画像再構成に用いた投影データに当該領域に対応するデータを上書きして投影データＰi+1（view，ch）を算出してもよい。

また、例えば、データ調整部３６は、データの調整を、Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータに限定しているが、これをすべての領域のデータに拡大して、同様の調整を行うようにしてもよい。この場合、処理時間は長くなるが、復元作用が全領域に及ぶので画質がより向上すると考えられる。

また、例えば、データ調整部３６は、数式１において、重み係数α＝０と設定できるようにしてもよい。この場合、データの調整を行わない場合、あるいは、データ調整部３６がない場合と等価である。データの調整を行わなくても、もちろん、断層像における画像の復元効果はあるが、データの調整を行った方が、より高速な復元を期待することができる。

また、データ調整部３６は、投影データＰi+1（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域のチャネルのデータを、別の方法で調整してもよい。

例えば、データ調整部３６は、投影データＰi+1（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応する各チャネルのデータごとに、当該チャネルのデータの値に対して、当該チャネルのデータの値と、置換済投影データＰ1（view，ch）における当該チャネルに対応するチャネルのデータの値との差分ΔＰ′i+1に所定の重み係数αを掛けて得られるデータの値α・ΔＰ′i+1を加算することにより調整済投影データＰ′i+1（view，ch）を得るようにしてもよい。

すなわち、次の数式２に従って、調整済投影データＰ′i+1（view，ch）を得る。

Ｐ′i+1（view，ch）＝Ｐi+1（view，ch）＋α・ΔＰ′i+1（view，chz）
ただし、ΔＰ′i+1（view，chz）＝Ｐi+1（view，chz）−Ｐ1（view，chz）
…（数式２）

また、例えば、データ調整部３６は、投影データＰi+1（view，ch）におけるＸ線高吸収体透過領域に対応する各チャネルのデータごとに、当該チャネルデータの値に対して、当該チャネルのデータの値と、置換済投影データＰ1（view，ch）または所定の断層像Ｇiの画像再構成に用いた投影データＰi（view，ch）における当該チャネルに対応するチャネルのデータの値との差分ΔＰ″i+1に依存する所定の関数ｆ（ΔＰ″i+1）で導出されるデータの値ｆ（ΔＰ″i+1）（view，chz）を加算することにより調整済投影データＰ′i+1（view，ch）を得るようにしてもよい。

すなわち、次の数式３に従って、調整済投影データＰ′i+1（view，ch）を得る。

Ｐ′i+1（view，ch）＝Ｐi+1（view，ch）＋ｆ（ΔＰ″i+1）（view，chz）
ただし、ΔＰ″i+1（view，chz）＝Ｐi+1（view，chz）−Ｐ1（view，chz）
or Ｐi+1（view，chz）−Ｐi（view，chz）
…（数式３）

ここで、関数ｆ（ΔＰ″i+1）は、好適な関数を実験的または理論的に求めて定義する。

なお、Ｘ線高吸収体特定部３２、データ置換部３３、第１の再構成部３４、順投影部３５、データ調整部３６、第２の再構成部３７、および繰返し制御部３８を有する画像処理装置も、本発明の一実施形態である。

また、コンピュータを、Ｘ線高吸収体特定部３２、データ置換部３３、第１の再構成部３４、順投影部３５、データ調整部３６、第２の再構成部３７、および繰返し制御部３８として機能させるためのプログラムも、本発明の一実施形態である。

本発明の一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成ブロック図である。 本実施形態によるＸ線ＣＴ装置の動作の流れを表すフローチャートである。 被検体のサンプルモデルにおける所定の断面とその投影データを示す図である。 置換済投影データの一部と、置換済投影データから画像再構成される断層像とを示す図である。 １回目の処理における調整済投影データの一部と、調整済投影データから画像再構成される断層像とを示す図である。 ２回目の処理における調整済投影データの一部と、調整済投影データから画像再構成される断層像とを示す図である。

符号の説明

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ 撮影テーブル
１２ クレードル
１５ ガントリ回転部
２０ 走査ガントリ（撮影手段）
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線制御部
２３ コリメータ
２４ Ｘ線検出器（Ｘ線検出器）
２４ａ Ｘ線検出素子
２５ データ収集装置
２６ 回転制御部
２９ ガントリ制御部
３１ スキャン制御部
３２ Ｘ線高吸収体特定部（Ｘ線高吸収体特定手段）
３３ データ置換部（データ置換手段）
３４ 第１の再構成部（第１の再構成手段）
３５ 順投影部（順投影手段）
３６ データ調整部（データ調整手段）
３７ 第２の再構成部（第２の再構成手段）
３８ 繰返し制御部（制御手段）
１００ Ｘ線ＣＴ装置（Ｘ線ＣＴ装置）
７１ 被検体
７２ａ，７２ｂ Ｘ線高吸収体
７３ オブジェクト
７４ 軟部組織
８１ Ｘ線ビーム
１７１，２７１，３７１ 輪郭線
１７２ａ，１７２ｂ，２７２ａ，２７２ｂ，３７２ａ，３７２ｂ Ｘ線高吸収体画像
１７３，２７３，３７３ オブジェクト画像
１７４，２７４，３７４ 軟部組織画像
１７５，２７５，３７５ アーチファクト

Claims (11)

1. Ｘ線高吸収体を含む被検体を複数ビューでＸ線照射し前記被検体の透過Ｘ線を複数のチャネルを有するＸ線検出器で検出して、前記被検体の実測投影データを得る撮影手段と、
   前記実測投影データに基づいてＸ線高吸収体透過領域を特定する高吸収体領域特定手段と、
   前記実測投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを、該領域の近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換して、置換済投影データを得るデータ置換手段と、
   前記置換済投影データに基づいて断層像を画像再構成する第１の再構成手段と、
   前記第１の再構成手段により画像再構成された断層像を前記複数ビューで順投影して順投影データを算出する順投影手段と、
   前記順投影データに基づいて断層像を画像再構成する第２の再構成手段とを備えるＸ線ＣＴ装置。
2. Ｘ線高吸収体を含む被検体を複数ビューでＸ線照射し前記被検体の透過Ｘ線を複数のチャネルを有するＸ線検出器で検出して、前記被検体の実測投影データを得る撮影手段と、
   前記実測投影データに基づいてＸ線高吸収体透過領域を特定する高吸収体領域特定手段と、
   前記実測投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを、該領域の近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換して、置換済投影データを得るデータ置換手段と、
   前記置換済投影データに基づいて断層像を画像再構成する第１の再構成手段と、
   所定の断層像を前記複数ビューで順投影して順投影データを算出する順投影手段と、
   前記順投影データに基づいて断層像を画像再構成する第２の再構成手段と、
   前記順投影手段および前記第２の再構成手段による処理を複数回繰返し行わせ、最後に再構成された断層像を得る制御手段とを備え、
   前記所定の断層像は、１回目の処理では、前記第１の再構成手段により得られる断層像であり、２回目以降の処理では、前回の処理にて前記第２の再構成手段により得られる断層像である、Ｘ線ＣＴ装置。
3. 前記順投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値を、該データの値と、前記置換済投影データまたは前記所定の断層像の画像再構成に用いた投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値との差分に基づいて変化させるよう調整してなる調整済投影データを得るデータ調整手段をさらに備え、
   前記第２の再構成手段は、前記調整済投影データに基づいて断層像を画像再構成し、
   前記制御手段は、前記順投影手段、前記データ調整手段、および前記第２の再構成手段による処理を複数回繰返し行わせる請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
4. 前記データ調整手段は、前記順投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値に対して、該データの値と、前記置換済投影データまたは前記所定の断層像の画像再構成に用いた投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値との差分に所定の重みを掛けて得られる値を加算することにより、前記調整済投影データを得る請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
5. 前記データ調整手段は、前記順投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値に対して、該データの値と、前記置換済投影データまたは前記所定の断層像の画像再構成に用いた投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応する前記チャネルのデータの値との差分に依存する所定の関数で導出される値を加算することにより、前記調整済投影データを得る請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
6. 前記データ置換手段は、前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを前記近傍領域のデータと実質的に同レベルの値を有するデータに置換する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
7. 前記順投影手段は、前記所定の断層像を、前記Ｘ線高吸収体を通るパスについてのみ順投影して前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを得、前記所定の断層像の画像再構成に用いた投影データに該Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを上書きして前記順投影データを算出する請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
8. 前記Ｘ線高吸収体特定手段は、前記実測投影データにおけるデータの値の閾値判定に基づいて前記Ｘ線高吸収体透過領域を特定する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ置。
9. 前記Ｘ線高吸収体特定手段は、前記実測投影データから画像再構成して得られる断層像における画素値の閾値判定、または、該断層像上での操作者による位置指定に基づいて、該断層像のＸ線高吸収体領域を抽出し、前記Ｘ線高吸収体透過領域を特定する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
10. コンピュータを、
    Ｘ線高吸収体を含む被検体を複数ビューでＸ線照射し前記被検体の透過Ｘ線を複数のチャネルを有するＸ線検出器で検出して得られる前記被検体の実測投影データに基づいて、Ｘ線高吸収体透過領域を特定する高吸収体領域特定手段と、
    前記実測投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを、該領域の近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換して、置換済投影データを得るデータ置換手段と、
    前記置換済投影データに基づいて断層像を画像再構成する第１の再構成手段と、
    前記第１の再構成手段により画像再構成された断層像を前記複数ビューで順投影して順投影データを算出する順投影手段と、
    前記順投影データに基づいて断層像を画像再構成する第２の再構成手段として機能させるためのプログラム。
11. コンピュータを、
    Ｘ線高吸収体を含む被検体を複数ビューでＸ線照射し前記被検体の透過Ｘ線を複数のチャネルを有するＸ線検出器で検出して得られる前記被検体の実測投影データに基づいて、Ｘ線高吸収体透過領域を特定する高吸収体領域特定手段と、
    前記実測投影データにおける前記Ｘ線高吸収体透過領域に対応するデータを、該領域の近傍領域に対応するデータから推定されるデータに置換して、置換済投影データを得るデータ置換手段と、
    前記置換済投影データに基づいて断層像を画像再構成する第１の再構成手段と、
    所定の断層像を前記複数ビューで順投影して順投影データを算出する順投影手段と、
    前記順投影データに基づいて断層像を画像再構成する第２の再構成手段と、
    前記順投影手段および前記第２の再構成手段による処理を複数回繰返し行わせ、最後に再構成された断層像を得る制御手段として機能させるためのプログラムであり、
    前記所定の断層像は、１回目の処理では、前記第１の再構成手段により得られる断層像であり、２回目以降の処理では、前回の処理にて前記第２の再構成手段により得られる断層像である、プログラム。
    

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