医学影像信息学第一章..pptx
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医学影像信息学第一章..pptx
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医学影像信息学,第一章绪论,医学影像信息学概述信息学基础医学数字影像基础医学影像信息的功能,第一节概述,医学信息学及其相关学术组织的起源1960年联合国教科文组织UNESCO成立国际信息处理联合会IFIP1967年IFIP成立与卫生有关的第四技术委员会TC41978年中国电子学会CIE申请加入IFIP1980年CIE正式加入IFIP,1976年计算机在医疗健康中的应用论坛召开。
1979年国际医学信息学协会IMIA从IFIP中独立1989年在瑞士正式成立IMIA,并一直是IFIP的成员之一。
与国际卫生信息管理联盟一起,IMIA也是与国际标准化组织ISO合作的A类联络组织。
目前,IMIA已拥有45个以上的国家级和地区级团体成员,以及4个地区性联合会:
欧洲医学信息学联盟(EFMI)、亚太医学信息学协会(APAMI)、非洲卫生信息学联合会(HELINA)、拉丁美洲地区卫生学会医学信息联合会(IMIA-LAC),1980年是中国医学信息学发展的开端“老中医关幼波治疗肝炎病专家系统”研制完成。
北京市科委举办推广应用计算机中医专家系统的研讨会,并成立“中国计算机诊疗系统研究会”。
中国医药信息学会(CMIA)也参与到IFIP的特别研究小组,独立组织IMIA的活动。
CMIA也是IMIA的中国学会。
医学信息学的发展过程,数据程序阶段信息程序阶段,知识程序阶段,医学信息学的研究内容及发展状况,医学信息学的研究内容包括
(1)医疗卫生信息系统的开发与研究:
包括计算机和医学信息系统在数据存储,记录与检索,临床诊疗,实验室检测检验,影像科和危重病人处理等的开发,研究与临床应用。
(2)计算机辅助决策与诊疗质量的控制和保证:
计算机系统在辅助医师进行临床决策,以及帮助医师进行医疗质量的控制和保证等方面发挥着重要作用。
(3)电子病历的开发与集成:
电子病历(EMR)是指计算机化的病历。
也称为基于计算机的病人记录(CPR),电子病案(EPR),电子健康档案(EHR)等。
二医学信息学的基本概念,1医学信息学是研究生物医学信息、数据和知识的存储、检索并有效利用,以便于在卫生管理、临床控制和知识分析过程中做出决策和解决问题的科学。
2生物医学信息包括生物医学和卫生健康领域的各类消息、信号、指令、数据、情报、知识等客观信息,其形式可以是文字、声音、影像、数字、符号、手势、姿态、情景、状态、实物等;同时,也包括人类的信息活动。
对于个体的人来说,信息活动的基本过程包括信息感测和识别、信息传递、信息处理与再生、信息使用等。
3医学信息技术是用于管理和处理医学信息所采用的各种技术的总称,是人们用来获取信息、传输信息、存储信息、分析和处理信息、显示信息的相关技术。
其研究内容涉及科学、技术、工程以及管理等学科。
医学信息技术主要包括
(1)感测和识别技术:
包括信息感知、信息识别、信息提取、信息监测的传感技术及其与测量技术、通信技术相结合的遥感技术,可以极大的扩展人类感觉器官获取信息的能力。
(2)信息传递技术:
包括信息变换、信息传输、信息通信、信息交换等技术,具有实现医学信息快速、可靠、安全转移的功能。
(3)信息处理与再生技术:
包括信息存储、信息检索、信息分析、信息加工、信息再生等技术。
除了编码、压缩、加密等信息处理技术外,还包括在信息处理的基础上重新产生更深入、更本质或更其决策意义的新信息,即信息的再生。
(4)信息使用技术:
包括信息转换、信息显示、信息调控等技术。
是信息过程的最后环节,包括控制技术、显示技术等。
4医学信息系统(MIS)是结合生物医学和卫生健康的科学理论与方法,应用信息技术解决医疗卫生和健康问题,为临床和管理决策提供支持的系统。
医学信息系统注重于研究生物学与信息技术的结合,探讨相关数据的识别、采集、输入、传递和信息的存储、加工、维护、利用过程中的内在规律以及基于信息学手段的形式表达与处理规律。
医学信息系统(MIS)包括HIS,LIS,MIIS,CIS,PHIS,EMR,EHR等,三医学影像信息学的基本概念,1医学影像信息学是研究医学影像数据、信息和知识的产生、处理、传输、归档存储、显示、通讯、检索、标准并有效利用、辅助临床决策的科学。
2医学影像信息学的研究与应用领域在医学领域的研究与应用很广泛,包括医学影像信息系统、医学影像电子病历、医学影像处理、计算机辅助诊断、医疗卫生信息资源查询检索、远程医学和远程放射学、医学影像信息标准等。
四医学影像信息学的发展历程,1数字化医学影像成像设备的发展自1970年代开始,医学影像成像设备的成像源在传统的X射线基础上,相继拓展出超声波、正电子、射频电波、光学等多种模态的成像源。
模拟成像数字成像平面重叠成像计算机重建重组任意断层成像二维三维,甚至四维成像,1970年代CT,超声,PET,SPECT投入临床使用。
1980年代MRI,CT,DSA投入临床使用。
1990年代,PET-CT,多排螺旋CT,数字胃肠造影,DR投入临床使用。
2000年代双源CT,3.0TMRI,全数字乳腺X线机,ECT-CT等数字化医学影像成像设备投入临床使用。
7.0T超高场强磁共振用于基础研究与临床科研的人体成像。
2010年代MR-PET问世。
标准化概念,2医学影像信息学相关标准的发展
(1)制定规范与标准的目的1)定义质量能满足临床需要的可用于数据交换的数字化医学影像格式。
2)推动不同制造商的设备间数字化影像信息通信传输标准的建立。
3)促进医学影像存储与传输系统(PACS)、放射信息系统(RIS)等医学影像信息系统的发展,使他们可以与其他医院信息系统进行信息、数据、流程的交互。
4)允许广泛分布于不同地理位置,不同类型的医学影像诊断设备创建同一的诊断信息数据库。
(2)医学影像信息系统相关标准的建立与应用:
1)DICOM:
2)HL7:
3)IHE放射学技术构架4)中国医学影像传输系统标准C-PACS,具有中国特色并符合国际相关标准,5)IHE中国,基本原则是务实、开放和以应用为向导,与医学有关的标准,DICOM,医学数字化影像通讯标准。
由美国放射学会(ACR,AmericanCollegeofRediology)和国家电子制造商协会(NEMA,NationalElectricalManufactorersAssociation)为主制定了一个专门用于数字化医学影像传送、显示与存储的标准,该标准产生于1985年,当前已修订为第三版并正式命名为DICOM3.0。
DICOM3.0已被全世界的医学影像设备制造商和医学信息系统开发商广泛接受,实际上成为全世界PACS系统普遍遵循的唯一标准。
与医学有关的标准,HL7卫生信息交换标准(HealthLevel7)。
规范医疗机构用于临床信息,财务信息和管理信息电子信息交换的标准。
适合于解决不同厂商开发的医院信息系统、临床实验室系统及药学信息系统之间的互连问题。
简化由不同的计算机应用厂商所提供的软件之间接口界面设计和实现的复杂性。
与医学有关的标准,IHE,“一体化医疗机构”(IntegratingtheHealthcareEnterprise,IHE),定义不同的计算机或设备间交换信息的标准过程,在医疗机构中建立起一个完善的工作流程。
它本身是一个技术框架,提出解决了医疗标准的实现问题,IHE技术框架从工作流集成的角度出发对所有这些含糊的问题进行了定义,而且通过对象化实现策,进一步简化了标准接口的设计工作。
3医学影像信息系统的构成现代的医学影像信息系统(MIIS)是由医学影像存储与传输系统(PACS)、放射信息系统(RIS)、影像后处理系统、计算机辅助诊断(CAD)系统以及远程放射学系统与医院信息系统(HIS)集成构成的。
医学影像信息系统的发展,
(1)远程放射学的起步于1960年代中期
(2)医学影像信息系统的雏形1972年(3)数字化影像通讯和显示概念的提出1979年(4)RIS系统的原始雏形1980年(5)学术术语”PACS”的诞生1982年(6)”DIN/PACS”项目1986(7)H.K.(Bernie)Huang教授的开拓性贡献RIS、PACS的先驱和开拓者(8)RSNA成立电子通信委员会1986(9)世界上第一个全数字化放射科1990,(10)大型PACS的定义19961)放射科和临床每天都在使用PACS2)至少有34台影像成像设备与PACS系统相连。
3)在放射科内部,以及放射科外部的其他科室都安装和使用PACS工作站。
4)PACS系统每年至少能够经手处理20000例放射学检查。
(11)医院集成PACSRIS-PACS1990年代中期美国加利福尼亚大学旧金山分校(12)全院级PACS1990年代中期英国伦敦,4医学影像信息系统在中国的发展
(1)第一套小型PACS1994北京协和与北京华胜计算机有限公司研制
(2)第一套基于HL7协议和B/S架构的大型PACS1999年10月上海第一人民医院(3)第一套四屏与双投影影像诊断工作站的临床应用2001年贵阳医学院附属医院放射科,(4)第一套全院级PACS2001年贵阳医学院附属医院放射科(5)第一套无线PACS和远程放射系统2002年首都医科大学附属北京天坛医院神经内科(6)小型PACS在SARS诊疗定点医疗机构中的应用2003年4月在宣武,瑞金,上海传染病医院(7)第一套通过HIMSS7级评审的全院级PACS北京大学人民医院信息系统,五、医学影像信息学与医学影像技术学的关系,第二节信息学的基础,一、信息的内涵二、信息的构成三、信息的相关概念四、信息学的相关概念五、信息的数字化六、信息化七、信息系统八、信息资源,信息论中的信息香农:
认为信息是“用来消除不确定性的东西”,指的是有新内容或新知识的消息。
控制论中的信息维纳:
提出“信息就是信息,不是物质,也不是能量”。
他把信息看成人与外部世界的中介。
一、信息的内含,任务:
从具体事例出发,认识信息的含义,例1:
鸿篇巨著记录着一段段的历史事件或探索知识的足迹。
例2:
“看云识天气”。
例3:
驻外记者将新闻资料在计算机中编辑处理后,通过网络传回电视台,以便及时发布。
二、信息的构成,1信息主体参与信息产生活动的人2信息客体能展示出各种各样信息的,除去信息主体之外的,物质世界或动态活动3信息载体呈现信息的一种形式。
经历了实物、票据、电子三种形式。
分有形载体和无形载体。
4信息内容指信息的含义,任务:
从具体事例出发,认识信息的构成,例1:
鸿篇巨著记录着一段段的历史事件或探索知识的足迹。
例2:
“看云识天气”。
例3:
驻外记者将新闻资料在计算机中编辑处理后,通过网络传回电视台,以便及时发布。
三、信息的相关概念,智慧,1数据2数据与信息的关系3知识4知识与信息的关系5情报6情报与信息的关系7智慧,
(二)知识知识是“经过人的思维整理过的信息、数据、形象、意向、价值标准以及社会的其他符号化产物,不仅包括科学技术知识,还包括人文社会科学的知识、商业活动、日常生活以及工作中的经验和知识、人们获取并运用和创造知识的知识,以及面临问题做出判断和提出解决方法的知识。
”,知识与信息的关系既有联系又有区别。
信息是知识的原材料,知识是信息的积淀。
你能看出来什么?
(三)情报来自英文单词“information”,早期也译为“信息”,曾经与信息混用,叠用。
情报一般需要经过人类主体的感知和判断,它与认识主体的目标利益密切相关,即情报的价值因人、因时、因地而不同。
情报与信息的关系任何情报都一定是信息,但并非任何信息都是情报。
例1:
朝鲜战争与兰德咨询公司故事。
朝鲜战争前,兰德公司向美国国防部推销一份秘密报告,其主题词只有7个字,要价150万美元。
美国国防部认为是敲诈,不予理睬,结果“在错误的时间,在错误的地点,与错误的敌人进行了一场错误的战争”。
战争结束之后,国防部才想起那份报告,要来一看,追悔莫急。
那7个字是“中国将出兵朝鲜”例2:
当你收到某公司发给你的短信,“你中奖了”,你如何处理?
(四)智慧,就是以知识为基础辅助人类进行决策,四、信息学的相关概念,1信息学定义是信息科学的一个分支学科,是以社会的信息现象和人类的信息交流过程作为对象,研究信息的产生、表述、组织、传播和利用的原理、方法、技术和规律、研究信息与社会、经济的关系以及信息活动的社会管理。
2信息管理信息管理是指对人类社会信息活动的各种相关因素进行科学的计划、组织、控制和协调、以实现信息资源的合理开发与有效利用的过程。
信息管理能力被公认为是一个组织或机构最重要的管理能力。
3管理信息系统(MIS),1985年,GordonDavis给管理信息系统做出了一个较完整的定义“管理信息系统是一个利用计算机软硬件资源及数据库的人-机系统。
它提供信息、以支持企业或组织的运行、管理和决策功能。
”,4决策支持系统1971年,美国学者首次提出了决策支持系统(DSS)的概念,使计算机在管理信息系统中的应用进一步上升到一个新的层次,即管理的决策层。
近年来人工智能和专家系统作为决策的辅助工具,发展非常迅速。
5信息技术
(1)信息技术的定义信息技术是指基于计算机和微电子技术,与信息的收集、存储、组织、加工处理、传递、利用和服务过程相关的各种技术的总称。
信息技术包括:
微电子技术、超巨型计算机技术、软件技术、网络传输技术、海量信息处理技术、多媒体处理技术、知识生产和加工技术等。
(2)信息技术的分类包括:
传感技术、通信技术、存储技术、计算机技术、人工智能技术、控制技术和信息系统的优化技术,病人从检查到拿到结果用了哪几类信息技术?
(3)信息网络技术,确切地说是“大规模智能化信息网络技术”请举出几个信息网络技术应用的例子,(4)信息技术的重要性掌握和利用信息技术的意识,是工作在信息时代的人们必须具备的一种基本意识。
网络技术的成熟,五、信息的数字化计算机的发明和应用,使人类文明的记录方式发生了根本性变革,计算机可以将大量信息记录在很小的磁盘里,并且可以快速加工和处理信息。
在计算机的辅助下进行信息的记录过程就是信息的数字化。
具有易于表示与存储、易于处理和检索、易于传播和集成、易于获取与分享的特点,六、信息化1信息化的定义1998年,联合国教科文组织在知识社会一书中指出:
“信息化既是一个技术的进程,也是一个社会的进程。
它要求在产品或服务的生产过程中实现管理流程、组织机构、生产技能及生产工具的变革。
”中国的2006-2020年国家信息化发展战略指出:
“信息化是充分利用信息技术,开发利用信息资源,促进信息交流和知识共享,提高经济增长质量,推动经济社会发展转型的历史进程。
”,2信息化的关键点首先,信息化是一个社会的进程;其次,更意味着生产关系的变革;最后,其内涵是改变人类信息和知识的生产、传播和利用方式,将其变为一种数字化、智能化、网络化的生产、传播和利用方式。
3信息化推动变革推动业务和管理发生变革,七、信息系统1系统和系统集成系统是由处于一定的环境中相互联系和相互作用的,若干组成部分结合而成的,为达到整体目的而存在的集合。
系统集成是为了达到系统目标将可利用的资源有效组织起来的过程和结果。
2信息系统是由计算机硬件和软件、网络和通讯设备、信息资源、信息用户和规章制度组成,以处理信息流为目的、用于信息组织和管理并使之最优化的人机一体化系统。
3信息系统的分类
(1)按照发挥的功能:
可把信息系统划分为信息处理系统和信息传输系统。
(2)按照处理的对象:
可把信息系统划分为作业信息系统和管理信息系统。
4信息系统的发展单机-网络低级-高级电子数据处理系统-管理信息系统-决策支持系统-综合服务。
数据处理-智能处理从信息处理功能和辅助管理内容来看,计算机辅助管理信息系统经历了4个阶段:
事务处理-系统处理-支持决策-综合服务,5信息系统的作用
(1)积极作用1)医疗机构依托于信息技术和信息系统建立行业竞争优势。
2)完善医疗机构内部的组织结构3)降低医疗机构的运行成本4)规范管理和医疗流程5)加强医疗机构的内部凝聚力,
(2)消极作用,1)当医疗机构内外环境的变化超出预定的范围时,信息系统就无法提供准确、可靠的信息,医疗机构对变化响应的敏捷性和决策的科学性、及时性都将受到影响。
2)信息系统的应用将使医疗机构内部员工的之间面对面交流的机会变少。
3)一旦信息系统出现故障,将不仅给医疗机构带来巨大损失,而且给临床诊疗造成严重影响。
4)信息系统的出现引发新的伦理、道德与法律问题。
八、信息资源1资源是人类社会生产和生活中用以创造物质财富和精神财富的达到一定数量积累的原始材料。
物质资源提供各种材料能量资源提供各种动力信息资源提供各种知识,2信息资源,广义的信息资源是指信息和它的生产者及信息技术的集合。
狭义的信息资源是指经过人类选择、加工、组织、处理,对人类有用或能满足人类需求的信息的总和。
本质属性有用性,显著特征有序性,3信息资源的意义
(1)信息资源可以部分代替其他资源
(2)信息资源有助于开发医疗信息化产品和相关服务(3)信息资源的使用可以促进医疗资源合理配置(4)开发利用好信息资源有助于制定有效的发展战略,第三节医学数字影像基础,一、医学数字影像的定义1模拟影像也称为模拟图像,是通过某种物理量的强弱连续变化来表现影像上各点的影像信息。
2数字影像也称为数字图像,是指影像分解成若干小离散点,即像素,并将各像素的灰度值用量化了的离散值,即整数值来表示的影像。
3数字化将模拟图像转化为数字图像
(1)采样将连续变化的像素点进行离散化,即将整幅影像划分为矩形微小区域的像素点,称为采样。
1)采样密度是指影像上单位长度所包含的采样点数。
2)采样频率是指一秒钟内采样的次数。
(2)量化就是把采样点(即像素点)上表示亮暗程度的灰度信息的连续量值经过离散化处理后,用数值来表示的过程。
量化值为整数。
(3)数字化采样与量化的过程称为数字化。
4医学影像的采样与量化级别临床诊断对医学数字影像的空间分辨率和密度分辨率都有很高要求气胸,肺间质和骨骼细微裂纹需要4096*4096,12bit数字乳腺要求6142*6142,12bit,诊断级高分辨率DICOM3.14合规性校准医用灰度专用显示器,5医学数字影像的显示,DICOM符合与DICOM不符合之比较,窗口显示技术就是在高精度医学数字影像的较大灰度值范围内开设一个窗口,将这个窗口范围内的灰度值通过数学换算,映射为01024(10bit)范围内的灰度值来显示,并不断地调节窗宽和窗位,将高精度医学数字影像信息逐段显示出来。
窗口显示技术,二、医学数字影像的形成,1医学数字影像的成像方式侵入型成像非侵入型成像,CT,X线,核医学超声,MRI,二维平面投照成像模式体层摄影横断影像重建成像模式,2X射线衰减的医学影像表现x线束的衰减是器官组织密度的函数,3医学数字影像成像类别
(1)根据成像信号源电离辐射(非电离辐射)成像
(2)根据采集方式投照(二维)成像体层(断层)成像(3)根据组织成像类型解剖与功能成像,4医学数字影像的特点
(1)x线投照摄影
(2)x线透视(3)计算机断层摄影(4)磁共振成像(5)核医学成像(6)超声成像(7)可见光成像,CR,X射线投照的优点:
成像快速、简单、容易掌握。
辐射剂量低,高空间分辨率。
缺点:
对低对比度物体区分欠佳,及结构重叠导致对影像的解释和诊断比较困难;电离辐射会造成一定的辐射伤害。
DSA血管造影检查是对注入血管造影剂前后的图像dsa进行相减,得到无骨骼,内脏,软组织背景的清晰的血管影象。
2、CT图像,3、MRI(磁共振,MagneticResonaunceImage,MRI原理:
就是利用人体中富含的大量的水分子中的氢原子,在强磁场内受到脉冲的激发后,产生的磁共振现象,经过把在磁共振过程中所散发的电磁波,以及与这些电磁波有关的质子密度、弛豫时间、流动效应等参数,接收转换的空间编码技术,再通过电子计算机的处理,最后形成图像,做出准确的诊断。
3、MRI(磁共振,MagneticResonaunceImageMRI的优点,无放射线损害,迄今也未见有MRI对人体产生损伤的报道;软组织密度分辨率高于CT;可直接作任意的切层扫描;成像参数及方法多,所获得诊断信息较CT丰富。
一、影像信息种类,4、US图像(Ultrasoundsystem)声波频率:
2-20KHz超声波:
20KHzUS成像原理,利用超声波在人体内部传播时,组织密度不连续性形成的回波进行成像的技术。
常见的超声设备,A超、B超、D型超声、M型超声,一、影像信息种类,US优点:
无辐射,安全性好;任意方位成像;可床旁成像。
缺点:
操作者依赖性强;对骨组织或含气空腔的病变显示不佳;肥胖者因脂肪对声波的散射而成像质量欠佳。
5、放射性核素图像,原理将放射性示踪药物引入人体内,使带有放射性核的示踪原子进入要成像的组织,通过测量放射性核素在人体内分布来成像的一门技术。
单光子发射成像SPECT,正电子发射成像PET,放射性核素成像分类,6、医用红外图像,原理利用红外探测器检测人体热源深度及热辐射值,并将其转变为电信号,通过计算机成像。
主要用于诊断与温度有关的疾病。
7内镜图像,原理直接经人体的天然孔道,或者是经手术做的小切口进入人体内.进行实时人体部位观察、或表面形态观察的医疗设备。
图像质量的好坏直接影响着内镜的使用效果。
内镜组成:
可弯曲部分、光源及一组镜头组成.,8、显微图像,原理利用显微镜光学系统获得关于细胞、组织切片的二维影像。
三医学数字影像的文件结构和数据结构1医学数字影像的文件结构有多种文件格式,均包括文件头和影像数据DICOM标准中规定了医学数字影像的信息组织形式和影像处理功能,包括影像编码、压缩和灰度显示。
*.dcm文件影像数据用位图的方式进行存储,需要用专用的DICOM影像阅读浏览软件打开。
2医学数字影像的数据结构DICOM文件提供了一种在文件中封装数据集的方法,DICOM文件由DICOM文件头和像素数据两部分组成。
可用通信线路和存储介质进行信息交换。
(1)受检者层级patient
(2)检者层级study(3)序列层级series(4)影像层级instance,四、医学数字影像的质量评价,1医学数字影像的质量
(1)空间分辨率影像的空间分辨率表示能够分辨影像细节的能力。
由单位面积内的像素数决定。
像素数*像素大小=视野影像空间分辨率也可用每英寸含有多少个点或像素来表征,单位为dpi。
空间分辨率直接影响图像质量。
空间分辨率越高,图像越清晰。
影像尺寸越大,空间分辨率越高,影像文件也越大。
(2)密度分辨率又称灰度分辨率或对比度分辨率,表示能够分辨不同组织的能力,是组织内或者组织间的细节分辨能力。
数字化后灰度级由决定,N用来表示每个像素的精度。
精度越高,密度分辨率越大。
(3)医学数字影像文件的大小一幅医学数字影像文件的大小为影像的矩阵乘以代表影像位深的8位字节数。
例如一幅典型的512*512的CT图像,16位的灰阶位深范围,对应着两个字节,其大小为512*512*2=524288字节,即约为0.5M的大小,单幅胸片约10M。
一幅10241024的图像,深度为8bit,其数据量?
单幅图像数据量,图像宽度图像高(或长度)图像像素位数,8,=,(4)显示分辨率显示器上每单位长度显示的像素或点的数量称为显示分辨率,也可称为屏幕分辨率或者“软拷贝”输出分辨率。
通常用dpi表示。
显示分辨率取决于显示器的大小及其像素设置,由计算机的显示驱动卡决定。
目前能达到3840*2160。
(5)胶片打印分辨率又称“硬拷贝”输出分辨率,是指激光胶片打印机输出影像时每英寸打印点数(dpi),决定输出影像的质量,目前可达1200dpi.,(6)医用胶片数字化仪扫描分辨率表示方法与胶片打印分辨率相类似,也用dpi表示。
它分为光学分辨率和输出分辨率。
光学分辨率是指医用胶片数字化仪扫描到的影像分辨率,光学分辨率可达720dpi1200dpi。
输出分辨率是指通过软件强化使影像内插补点后的分辨率,一般是光学分辨率的34倍。
2医学数字影像质量的因素
(1)信号来自医学成像设备外部,需要被成像设备的探测器
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