JP5256255B2 - Cerebral blood flow quantification device, cerebral blood flow quantification program, and cerebral blood flow quantification method - Google Patents
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Description
本発明は、頭部核医学画像に基づいて脳血流量を定量する装置、プログラム、及び方法に関する。 The present invention relates to an apparatus, a program, and a method for quantifying cerebral blood flow based on a nuclear medicine image.
脳梗塞に代表される脳血管障害は、死亡原因の上位を占めており、また、発見が遅れた場合や治療のタイミングが遅れた場合には、重篤な後遺症を残す場合がある。従って、脳血管障害の早期発見および重症度の診断は、非常に重要である。 Cerebrovascular disorders represented by cerebral infarction account for the top causes of death, and if the discovery is delayed or the timing of treatment is delayed, serious sequelae may remain. Therefore, early detection of cerebrovascular disorders and diagnosis of severity are very important.
脳血管障害の主な診断方法としては、MRI、CTの他に、SPECT等に代表される核医学画像診断法が知られている。核医学画像診断法は、組織レベルでの脳血流の定量化が比較的容易であるため、脳血管障害の早期診断および重症度診断に広く用いられている。 As main diagnostic methods for cerebrovascular disorders, nuclear medicine image diagnostic methods represented by SPECT and the like are known in addition to MRI and CT. The nuclear medicine imaging method is widely used for early diagnosis and severity diagnosis of cerebrovascular disorders because it is relatively easy to quantify cerebral blood flow at the tissue level.
核医学画像診断法を利用した脳血管障害の診断法としては、Microsphere法と、IMP−ARG法とが主に用いられている。Microsphere法は、投与後の早期における脳血流製剤をいわゆるMicrosphereと見立て、1コンパートメントモデルに基づいて、核医学画像データから局所的な脳血流量を求める方法である。この方法は、理論が単純で計算が容易であるといったメリットを有する反面、動脈血の持続採血が必要であるために侵襲性が高いといった欠点がある。また、薬剤の組織から血管への洗い出しを考慮していないために薬剤投与後の後期における定量精度が低下し、データ収集時間点が投与後比較的早期に限定されるといった欠点も有する。 The microsphere method and the IMP-ARG method are mainly used as a method for diagnosing a cerebrovascular disorder using a nuclear medicine image diagnostic method. The Microsphere method is a method in which a cerebral blood flow preparation at an early stage after administration is regarded as a so-called Microsphere and a local cerebral blood flow is obtained from nuclear medicine image data based on a one-compartment model. This method has a merit that the theory is simple and calculation is easy, but has a drawback that it is highly invasive because it requires continuous blood collection of arterial blood. In addition, since the washing of the drug from the tissue to the blood vessel is not taken into account, there is a disadvantage that the quantitative accuracy in the later stage after the drug administration is lowered and the data collection time point is limited relatively early after the administration.
動脈血の持続採血を行う代わりに、胸部のダイナミックSPECTデータに基づくタイムアクティビティーカーブを用いて入力関数を推定するNIMS法も提案されているが、やはり1コンパートメントモデルに基づく方法であり、薬剤投与後の後期においては十分な定量精度が得られない。 A NIMS method for estimating an input function using a time activity curve based on dynamic SPECT data of the chest instead of performing continuous arterial blood collection has also been proposed, but it is also a method based on a one-compartment model. In the latter period, sufficient quantitative accuracy cannot be obtained.
一方、IMP−ARG法は、放射性医薬品としてIMP(塩酸N−イソプロピル−4−[123I]ヨードアンフェタミン)を投与し、頭部核医学画像における一定時間経過後のカウント数を2コンパートメントモデルの式に代入し、ルックアップテーブル法によって脳血流量を求める方法である(非特許文献1)。IMP−ARG法は、1点の動脈採血データを得て標準入力関数を補正する方法を用いることができ、持続採血データの必要なMicrosphere法よりも侵襲性が低いといったメリットがある。On the other hand, in the IMP-ARG method, IMP (N-isopropyl-4- [ 123 I] iodoamphetamine hydrochloride) is administered as a radiopharmaceutical, and the count number after a certain period of time in the head nuclear medicine image is expressed by a two-compartment model formula. This is a method for substituting into the cerebral blood flow and obtaining the cerebral blood flow rate by a lookup table method (Non-patent Document 1). The IMP-ARG method has a merit that a method for obtaining one-point arterial blood collection data and correcting the standard input function can be used, and is less invasive than the Microsphere method that requires continuous blood collection data.
上述のように、IMP−ARG法は、最も優れた脳血管障害の診断法の一つである。しかし、IMP−ARG法であっても動脈血採血が必要である。一般に、動脈血採血は、静脈血採血と比較して侵襲性が高い。このような背景から、より侵襲性の低い操作にて脳血流量を定量する方法が望まれていたが、これまでそのような方法は知られていなかった。また、動脈血採血の際に静脈血が混入してしまうと、得られたデータの信頼度が低下してしまうといった問題もあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、より侵襲性の低い操作によって脳血流量を精度良く定量する方法を提供する事を目的とした。As described above, the IMP-ARG method is one of the most excellent diagnostic methods for cerebrovascular disorders. However, arterial blood collection is required even in the IMP-ARG method. In general, arterial blood collection is more invasive than venous blood collection. From such a background, a method for quantifying cerebral blood flow by a less invasive operation has been desired, but such a method has not been known so far. In addition, when venous blood is mixed during arterial blood collection, there is a problem that the reliability of the obtained data is lowered.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for accurately quantifying cerebral blood flow by a less invasive operation.
発明者は鋭意検討の結果、頭部核医学画像(脳血流SPECT等)に基づくタイムアクティビティーカーブと2コンパートメントモデルの式とのフィッティングによって求めたパラメータが、採血に基づいて実際に求められるスケーリングファクターの実測値と一定の関係を有することを見出した。そして、この関係を利用する事により、当該タイムアクティビティーカーブに基づいて求められるパラメータを用いて、標準入力関数の補正に用いるスケーリングファクターを決定する事が可能であることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies, the inventor has found that the parameters obtained by fitting the time activity curve based on the head nuclear medicine image (such as cerebral blood flow SPECT) and the two-compartment model formula are actually obtained based on blood sampling. It was found to have a certain relationship with the actually measured value. Then, by using this relationship, it was found that the scaling factor used for correction of the standard input function can be determined using the parameters obtained based on the time activity curve, and the present invention has been completed. It was.
なお本明細書において、以下の各用語は、下記の意味で用いる。
入力関数:放射能の対象臓器への流入量の経時変化を表す関数。
標準入力関数:標準的な脳内への放射性医薬品の流入量の時間変化を表す関数、すなわち、複数の被験者における実測値に基づいて決定された入力関数を利用して標準化した入力関数。例えば、複数の被験者の入力関数を平均する事によって作成される。
スケーリングファクター:標準入力関数を被験者における入力関数に近似するための補正係数。
脳血液分配係数(Vd):2コンパートメントモデルにおける、脳血流量(k1)と脳組織から血中への放射能カウントの洗い出しのフラックス(k2)との比(k1/k2)。
また、本発明において、頭部核医学画像は、SPECT画像の他、PET画像やプラナー像を用いることができ、用いる放射性医薬品の種類や診断の目的に応じて、適宜選択される。In the present specification, the following terms are used with the following meanings.
Input function: A function that represents the change in the amount of radioactivity flowing into the target organ over time.
Standard input function: A function that represents a temporal change in the inflow of the radiopharmaceutical into the standard brain, that is, an input function that is standardized by using an input function determined based on actual measurement values in a plurality of subjects. For example, it is created by averaging the input functions of a plurality of subjects.
Scaling factor: A correction factor to approximate the standard input function to the input function in the subject.
Cerebral blood partition coefficient (V d ): ratio (k 1 / k 2 ) between cerebral blood flow (k 1 ) and flux (k 2 ) of washing out radioactivity counts from brain tissue into blood in a two-compartment model .
Further, in the present invention, the head nuclear medicine image can be a PET image or a planar image in addition to a SPECT image, and is appropriately selected according to the type of radiopharmaceutical used and the purpose of diagnosis.
本発明に係るパラメータ決定装置は、mCfとCf・Vdとの関係を表す相間式(mCf:スケーリングファクター、Cf:頭部核医学画像のタイムアクティビティーカーブに基づいて求めたスケーリングファクター、Vd:脳血液分配係数)を格納したデータベースと、被験者の頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブに下記式(1):The parameter determination apparatus according to the present invention includes an interphase expression (mC f : scaling factor, C f : scaling factor determined based on a time activity curve of a head nuclear medicine image) representing a relationship between mC f and C f · V d. , V d : cerebral blood distribution coefficient) and a time activity curve representing a time-dependent change in the count value in the head nuclear medicine image of the subject, the following formula (1):
この構成とすることにより、頭部核医学画像のタイムアクティビティーカーブに基づいて標準入力関数の補正に用いるスケーリングファクター(mCf)を求めることができるので、頭部核医学画像を用いた脳血流量の定量に際して、侵襲的な動脈血採血を省略することができる。これにより、被験者の負担を軽減する事が可能となるばかりでなく、動脈血採血時の人為的ミスに元づく定量値のばらつきも防ぐ事ができる。With this configuration, since the scaling factor (mC f ) used for correcting the standard input function can be obtained based on the time activity curve of the head nuclear medicine image, the cerebral blood flow using the head nuclear medicine image In quantification, invasive arterial blood collection can be omitted. Thus, not only can the burden on the subject be reduced, but also variations in quantitative values based on human error during arterial blood collection can be prevented.
本発明に係るパラメータ決定装置において、上記式(1)とのフィッティングを行うタイムアクティビティーカーブは、頭頂葉から小脳テントにかけての横断像(スライス)に基づいて作成されたものとすることができ(例えば、当該横断像からカウント値が一定の上限値および下限値の間の値であるボクセルを抽出し、抽出されたボクセルにおける放射能カウントの平均値または総和を用いて作成されたもの)、好ましくは頭頂葉から小脳テントにかけて脳室全体をカバーする部位の横断像(スライス)に基づいて作成されたものとすることができる。このような構成とすることにより、脳血流に基づく放射能カウントを確実に収集してタイムアクティビティーカーブを作成する事ができ、より精度良くmCfを求める事が可能となる。In the parameter determination device according to the present invention, the time activity curve for fitting with the above equation (1) can be created based on a transverse image (slice) from the parietal lobe to the cerebellar tent (for example, The voxel whose count value is between the upper limit value and the lower limit value is extracted from the cross-sectional image, and is created using the average value or the sum of the radioactivity counts in the extracted voxel), preferably It can be created based on a cross-sectional image (slice) of a region covering the entire ventricle from the parietal lobe to the cerebellar tent. With such a configuration, it is possible to reliably collect radioactivity counts based on cerebral blood flow and create a time activity curve, and to obtain mC f with higher accuracy.
また、本発明に係るパラメータ決定装置において、データベースに格納される相間式は、下記式(3)によって表されるものであっても良い。 In the parameter determination device according to the present invention, the interphase equation stored in the database may be expressed by the following equation (3).
スケーリングファクター(mCf)とCf・Vdとの間には、実質的に比例関係が成り立つ事が、発明者による検討の結果、明らかとなった。従って、前記相間式として上記式(3)に記載された式を用いることにより、スケーリングファクター(mCf)とCf・Vdとの関係を、単純な直線関係として表す事が可能となり、より簡便にスケーリングファクター(mCf)を求めることが可能となる。As a result of the examination by the inventors, it has been clarified that a proportional relationship is substantially established between the scaling factor (mC f ) and C f · V d . Therefore, by using the equation described in the above equation (3) as the interphase equation, the relationship between the scaling factor (mC f ) and C f · V d can be expressed as a simple linear relationship, and more The scaling factor (mC f ) can be easily obtained.
本発明に係るパラメータ決定プログラムは、放射性薬剤を投与された被験者の頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブ並びにデータベースに格納されたmCfとCf・Vdとの関係を表す相間式を利用可能であり、記憶手段とCPUとを具備するコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、前記CPUで実行されることにより、前記コンピュータを、被験者の頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブに下記式(1):The parameter determination program according to the present invention includes a time activity curve representing a change over time of a count value in a nuclear medicine image of a subject who has been administered a radiopharmaceutical and a relationship between mC f and C f · V d stored in a database. A computer program for operating a computer comprising a storage means and a CPU, wherein the computer is executed by the CPU, thereby allowing the computer to display a head nuclear medicine image of a subject. In the time activity curve representing the change over time in the count value at the following formula (1):
本発明に係るパラメータ決定法は、放射性薬剤を投与された被験者の核医学画像に基づいて、コンピュータが脳血流量を定量するために用いるパラメータを決定する方法であって、コンピュータによって、被験者の頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブに下記式(1):The parameter determination method according to the present invention is a method for determining parameters used by a computer to quantify cerebral blood flow based on a nuclear medicine image of a subject who has been administered a radiopharmaceutical, and the computer uses the computer to determine the parameters of the subject's head. The following formula (1) is applied to the time activity curve representing the time-dependent change of the count value in the nuclear medicine image:
本発明に係るパラメータ決定プログラム及びパラメータ決定法においても、上記式(1)とのフィッティングを行うタイムアクティビティーカーブは、頭頂葉から小脳テントにかけての横断像(スライス)に相当する部分の画像に基づいて作成されたものとすることができ、好ましくは頭頂葉から小脳テントにかけて脳室全体をカバーする部位の横断像(スライス)に基づいて作成されたものとすることができる。
同様に、本発明に係るパラメータ決定プログラム及びパラメータ決定法においても、データベースに格納された相間式を、脳血流量定量装置と同様に、下記式(3)によって表されるものとすることができる。Also in the parameter determination program and parameter determination method according to the present invention, the time activity curve for fitting with the above equation (1) is based on the image of the portion corresponding to the transverse image (slice) from the parietal lobe to the cerebellar tent. Preferably, it may be created based on a cross-sectional image (slice) of a region covering the entire ventricle from the parietal lobe to the cerebellar tent.
Similarly, also in the parameter determination program and the parameter determination method according to the present invention, the interphase expression stored in the database can be expressed by the following expression (3), similarly to the cerebral blood flow rate quantification device. .
上記各発明は、頭部核医学画像に基づいて脳血流量を定量する脳血流量定量装置、脳血流量定量プログラム、及び脳血流量定量法に応用する事も可能である。 Each of the above inventions can also be applied to a cerebral blood flow quantification device, a cerebral blood flow quantification program, and a cerebral blood flow quantification method that quantitate cerebral blood flow based on a nuclear medicine image.
本発明に係る脳血流量定量装置は、少なくとも下記の(ア)および(イ):
(ア)標準入力関数S(t):標準的な脳内への放射性医薬品の流入量の時間変化を表す関数
(イ)相間式:mCfとCf・Vdとの関係を表す相間式、
(mCf:スケーリングファクター、Cf:頭部核医学画像のタイムアクティビティーカーブに基づいて求めたスケーリングファクター、Vd:脳血液分配係数)の各データを格納したデータベースと、被験者の頭部核医学画像を取得する核医学画像データ取得部と、前記頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブを作成するタイムアクティビティーカーブ作成部と、前記タイムアクティビティーカーブに下記式(1):The cerebral blood flow rate quantification device according to the present invention includes at least the following (a) and (b):
(A) Standard input function S (t): Standard function representing time variation of inflow of radiopharmaceutical into the brain (a) Interphase expression: Interphase expression representing the relationship between mC f and C f · V d ,
(MC f : scaling factor, C f : scaling factor obtained based on time activity curve of head nuclear medicine image, V d : brain blood distribution coefficient) A nuclear medicine image data acquisition unit that acquires an image, a time activity curve generation unit that generates a time activity curve that represents a temporal change in the count value in the head nuclear medicine image, and the time activity curve represented by the following formula (1):
この構成とすることにより、頭部核医学画像のタイムアクティビティーカーブ基づくパラメータから、標準入力関数の補正に用いるスケーリングファクター(mCf)を求めることができるので、被験者の動脈血採血を行う必要が無く、より侵襲性の低い脳血流量の定量を実施する事が可能となる。With this configuration, the scaling factor (mC f ) used for correction of the standard input function can be obtained from the parameters based on the time activity curve of the cranial nuclear medicine image, so there is no need to collect arterial blood from the subject. It becomes possible to carry out quantification of the less invasive cerebral blood flow.
本発明に係る脳血流量定量装置において、上記式(1)とのフィッティングを行うタイムアクティビティーカーブは、頭頂葉から小脳テントにかけての横断像(スライス)に相当する部分の画像に基づいて作成されたものとすることができ、好ましくは頭頂葉から小脳テントにかけて脳室全体をカバーする部位の横断像(スライス)に基づいて作成されたものとすることができる。このような構成とすることにより、脳血流に基づく放射能カウントを確実に収集してタイムアクティビティーカーブを作成する事ができ、より精度良くmCfを求める事が可能となる。In the cerebral blood flow rate quantification device according to the present invention, the time activity curve for fitting with the above equation (1) is created based on an image of a portion corresponding to a transverse image (slice) from the parietal lobe to the cerebellar tent. Preferably, it may be created based on a cross-sectional image (slice) of a region covering the entire ventricle from the parietal lobe to the cerebellar tent. With such a configuration, it is possible to reliably collect radioactivity counts based on cerebral blood flow and create a time activity curve, and to obtain mC f with higher accuracy.
また、本発明に係る脳血流量定量装置において、データベースに格納される相間式は、下記式(3)によって表されるものであっても良い。 In the cerebral blood flow rate quantification device according to the present invention, the interphase equation stored in the database may be expressed by the following equation (3).
上述したように、スケーリングファクター(mCf)とCf・Vdとの間には、実質的に比例関係が成り立つ事が、発明者による検討の結果、明らかとなった。従って、前記相間式として上記式(3)に記載された式を用いることにより、スケーリングファクター(mCf)とCf・Vdとの関係を、単純な直線関係として表す事が可能となるので、脳血流量算出部にて利用されるスケーリングファクター(mCf)をより簡便に求めることが可能となる。As described above, as a result of examination by the inventors, it has been clarified that a proportional relationship is substantially established between the scaling factor (mC f ) and C f · V d . Therefore, by using the equation described in the above equation (3) as the interphase equation, the relationship between the scaling factor (mC f ) and C f · V d can be expressed as a simple linear relationship. The scaling factor (mC f ) used in the cerebral blood flow rate calculation unit can be obtained more easily.
本発明に係る脳血流量定量プログラムは、被験者の核医学画像並びにデータベースに格納された、mCfとCf・Vdとの関係を表す相間式及び標準入力関数を利用可能であり、記憶手段とCPUとを具備するコンピュータを動作させるためのコンピュータプログラムであって、前記CPUで実行されることにより、前記コンピュータを、被験者の頭部核医学画像を取得する核医学画像データ取得部と、前記頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブを作成するタイムアクティビティーカーブ作成部と、前記タイムアクティビティーカーブに下記式(1):The cerebral blood flow quantification program according to the present invention can use a nuclear medicine image of a subject and an interphase expression and a standard input function expressing a relationship between mC f and C f · V d stored in a database. And a computer program for operating a computer comprising a CPU, which is executed by the CPU to cause the computer to acquire a nuclear medicine image data acquisition unit for acquiring a head nuclear medicine image of a subject; A time activity curve creation unit that creates a time activity curve that represents a time-dependent change in the count value in the nuclear medicine image, and the following formula (1) in the time activity curve:
求めたk1Cfおよびk2とから、下記式(2):
From the determined k 1 C f and k 2 , the following formula (2):
本発明に係る脳血流量定量法は、コンピュータによって、被験者の頭部核医学画像を取得する核医学画像データ取得処理と、前記頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブを作成するタイムアクティビティーカーブ作成処理と、前記タイムアクティビティーカーブに下記式(1): The cerebral blood flow quantification method according to the present invention includes a nuclear medicine image data acquisition process for acquiring a head nuclear medicine image of a subject by a computer, and a time activity curve representing a time-dependent change in the count value in the head nuclear medicine image. Time activity curve creation processing to be created, and the following formula (1) for the time activity curve:
本発明に係る脳血流量定量プログラム及び脳血流量定量法においても、上記式(1)とのフィッティングを行うタイムアクティビティーカーブは、頭頂葉から小脳テントにかけての横断像(スライス)に基づいて作成されたものとすることができ、好ましくは頭頂葉から小脳テントにかけて脳室全体をカバーする部位の横断像(スライス)に基づいて作成されたものとすることができる。 Also in the cerebral blood flow quantification program and the cerebral blood flow quantification method according to the present invention, the time activity curve for fitting with the above equation (1) is created based on a cross-sectional image (slice) from the parietal lobe to the cerebellar tent. Preferably, it may be created based on a cross-sectional image (slice) of a region covering the entire ventricle from the parietal lobe to the cerebellar tent.
同様に、本発明に係る脳血流量定量プログラム及び脳血流量定量法においても、データベースに格納された相間式を、脳血流量定量装置と同様に、下記式(3)によって表されるものとすることができる。 Similarly, in the cerebral blood flow quantification program and the cerebral blood flow quantification method according to the present invention, the interphase equation stored in the database is expressed by the following equation (3), similarly to the cerebral blood flow quantification device. can do.
本発明に係る脳血流量定量装置、脳血流量定量プログラム、及び脳血流量定量法を用いる事により、動脈血採血を行わずに頭部核医学画像に基づく脳血流量の定量が可能となった。 By using the cerebral blood flow quantification device, the cerebral blood flow quantification program, and the cerebral blood flow quantification method according to the present invention, cerebral blood flow quantification based on nuclear medicine images can be performed without collecting arterial blood. .
以下、本発明について、図面を参照しつつ、さらに詳細に説明する。ただし、下記の説明はあくまでも好ましい形態を例示したものであり、本発明の内容を限定する意図ではないことに留意されたい。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, it should be noted that the following description is merely an example of a preferable embodiment and is not intended to limit the contents of the present invention.
(脳血流量定量装置による処理)
図1は本発明に係る脳血流量定量装置10の処理の概要を示す図である。本発明に係る脳血流量定量装置10を動作させる事によって本発明に係る脳血流量定量法を実現することができる。(Processing by cerebral blood flow quantification device)
FIG. 1 is a diagram showing an outline of processing of the cerebral blood flow
脳血流量定量装置10は、まず、時間的に連続した複数の核医学画像データを取得する(ステップS11)。好ましい態様において、ここで取得した核医学画像データは、後述するタイムアクティビティーカーブの作成に用いる他、脳血流量の定量にも用いられる。本例においては、各時間点における核医学画像データは、空間的に連続した複数の断層画像(好ましくは横断像)により構成されている。核医学画像データとしては、SPECTデータの他、PETデータを好ましく用いる事ができる。 First, the cerebral blood flow
次に、脳血流量定量装置10は、取得した核医学画像データを用い、タイムアクティビティーカーブを作成する(ステップS12)。タイムアクティビティーカーブは、カウント値の経時変化を表す曲線であり、カウント値を放射性医薬品の投与後経過時刻に対してプロットする事によって得ることができる。タイムアクティビティーカーブの作成においては、放射性医薬品が取り込まれた部位に対応したピクセルを抽出する必要がある。当該ピクセルの抽出は、種々の方法により行う事ができる。例えば、各時間点における核医学画像データにつき、カウントの最大値と最小値のそれぞれを基準とした閾値を設定し、それぞれ上限及び下限を示す閾値とする。例えば、最大値より30%小さいカウント、最小値より10%大きいカウントを、それぞれ上限及び下限の閾値とする。そして、最大値を基準とした閾値以上のカウントと最小値を基準とした閾値以下のカウントを切り捨て、残ったピクセルを、タイムアクティビティーカーブの作成に用いるピクセルとして抽出する事ができる。
タイムアクティビティーカーブは、各時間点において上記抽出されたピクセルのカウント平均値を算出し、放射性医薬品投与後の経過時間に対してプロットする事により、得ることができる。Next, the cerebral blood flow
The time activity curve can be obtained by calculating the count average value of the extracted pixels at each time point and plotting it against the elapsed time after administration of the radiopharmaceutical.
脳血流量定量装置10は、上記作成したタイムアクティビティーカーブに、下記式(1): The cerebral blood flow
そして脳血流量定量装置10は、上記で算出したk1Cfおよびk2とから、下記式(2):Then, the cerebral blood flow
次いで、脳血流量定量装置10は、データベース30から標準入力関数S(t)を読み出し、上記で求めたmCfを用い、下記式(4)または(5):Next, the cerebral blood flow
図2は、脳血流量を算出するステップ(ステップS16、以下、「脳血流量算出ステップ」という)における処理の流れを示す図である。脳血流量定量装置10は、mCfとデータベース30から読み出した標準入力関数S(t)とを上記式(4)または(5)に代入し、核医学画像のカウント値B(t)(式(4)を用いて定量する場合)または上記式(5)の左辺(式(5)を用いて定量する場合)に対応する脳血流量k1を表すテーブルを作成する(ステップS21)。FIG. 2 is a diagram showing the flow of processing in the step of calculating cerebral blood flow (step S16, hereinafter referred to as “cerebral blood flow calculation step”). The cerebral blood flow
テーブルの作成は、公知の方法を用いて行う事ができる。例えば、定量に用いる頭部核医学画像における全ピクセルの最小カウントから最大カウントまでの全てのカウント値に対応する脳血流量k1をフィッティングによって求め、これをテーブルとしてまとめるといった方法を用いる事ができる。このとき、分配係数Vdの値を、予め公知の方法にて決定された値とし、上記式(4)または(5)に代入しておいても良い。これにより、フィッティングに用いるパラメータの数を減らす事ができ、k1の算出精度を向上させる事ができる。The table can be created using a known method. For example, it is possible to use a method in which cerebral blood flow k 1 corresponding to all count values from the minimum count to the maximum count of all pixels in the nuclear medicine image used for quantification is obtained by fitting, and this is collected as a table. . At this time, the value of the partition coefficient V d, and a value determined in advance known methods, may have been substituted into the above formula (4) or (5). Thus, it is possible to reduce the number of parameters to be used for fitting, can improve the calculation accuracy of k 1.
なお、脳血流量の算出に用いる頭部核医学画像は、上記ステップS11にて取得した核医学画像データから時間的に連続した複数の画像を選択して用いることができる。例えば、上記式(4)に基づいて定量を行う場合には、選択された画像におけるピクセルごとに、全ての時間点にわたってカウント値の和をとり、放射能カウントB(t)とする。そして、選択された一連の画像の撮像時刻のうち、最も早い撮像時刻と最も遅い撮像時刻の中間にあたる時刻を、画像データの取得時刻tとする。例えば、1フェーズ2分で15フェーズ撮像を行って得られた一連の画像データのうち、6〜15フェーズのデータを用いて定量を行う場合は、データ取得時刻tを20分として計算に用いる。 In addition, the head nuclear medicine image used for the calculation of the cerebral blood flow can be used by selecting a plurality of temporally continuous images from the nuclear medicine image data acquired in step S11. For example, when quantification is performed based on the above equation (4), the sum of the count values is taken over all the time points for each pixel in the selected image to obtain the radioactivity count B (t). Then, among the imaging time of the selected series of images, a time that is intermediate between the earliest imaging time and the latest imaging time is set as an image data acquisition time t. For example, when quantification is performed using 6 to 15 phase data among a series of image data obtained by performing 15 phase imaging in 1 phase 2 minutes, the data acquisition time t is set to 20 minutes and used for the calculation.
脳血流量定量装置10は、各ピクセルにおいて求めたカウント値B(t)に対応する脳血流量k1の値を、テーブルより読み出す(ステップS22)。そして、脳血流量定量装置10は、脳血流量k1の定量処理を、脳血流量k1を求めた全てのピクセルについて行ったか否かを判定し(ステップS23)、全ピクセルについて終了していない場合には(ステップS23でNo)、残りのピクセルについて定量処理(ステップS22)を行う。そして、全てのピクセルについて定量処理が完了した場合には(ステップS23でYes)、脳血流量算出処理を完了する。
なお、本例では、作成したテーブルから脳血流量k1を読み出す場合について示したが、他の方法を用いる事ももちろん可能である。例えば、上記テーブルの作成を行わず、脳血流量k1を求めたい全ピクセルにつき、ピクセルごとにカウント値に対応する脳血流量k1を、フィッティングによって求めても良い。The cerebral blood flow
In the example has exemplified the case of reading cerebral blood flow k 1 from the table created, it is of course also possible to use other methods. For example, the cerebral blood flow k 1 corresponding to the count value for each pixel may be obtained by fitting for all the pixels for which the cerebral blood flow k 1 is to be obtained without creating the table.
脳血流量定量装置10は、求めた脳血流量k1を、ディスプレイといった出力機器によって出力する(ステップS17)。出力は、種々の態様により行う事ができる。例えば、各ピクセルにおいて求めた脳血流量k1の値を、対応するピクセルに、脳血流量の定量値に応じた輝度や色によって表示する方法や、各ピクセルの位置を座標等の数値で表し、その数値に対応させる形で脳血流量k1を数値により表示するといった方法を用いることができる。The cerebral blood flow
(脳血流量定量装置の構成)
図3は、本発明に係る脳血流量定量装置10の最も好ましい態様における構成を示す図である。本発明に係る脳血流量定量装置は、後述する脳血流量定量プログラム300を読み込んだコンピュータとして構成することができる。
なお、本実施の形態においては、頭部核医学画像としてSPECT画像を用いているが、本発明における頭部核医学画像は、これに限定する必要は無い。SPECT画像の他、PET画像やプラナー像を用いる事も可能である。(Configuration of cerebral blood flow quantification device)
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the most preferable aspect of the cerebral blood flow
In the present embodiment, the SPECT image is used as the head nuclear medicine image, but the head nuclear medicine image in the present invention is not necessarily limited to this. In addition to SPECT images, PET images and planar images can also be used.
好ましい態様において、本発明に係る脳血流量定量装置10は、データベース30、核医学画像データ取得部40、タイムアクティビティーカーブ作成部50、第一のパラメータ算出部60、第二のパラメータ算出部70、第三のパラメータ算出部80、脳血流量算出部90、出力部100とから構成されている。本発明に係る脳血流量定量装置10は、SPECT装置200と電気通信回線を介して結合されており、SPECT装置200は、γカメラ210と画像再構成部220とを備えている。この例では、γカメラ210によって取得された投影データは、画像再構成部220により一連の断層画像に再構成される。
また、本例では、本発明に係るパラメータ決定装置20が、脳血流量定量装置10の一部として組み込まれている。In a preferred embodiment, the cerebral blood flow
In this example, the
図4は、本発明に係る脳血流量定量装置10の最も好ましい態様におけるシステム構成である。好ましい態様において、脳血流量定量装置10は、CPU230と、メモリ240と、モニタ等の出力機器250と、通信インターフェース260と、キーボード等の入力装置270とが、バス280を介して接続されている。画像処理装置10は、この他にもCD−ROMドライブやUSBインターフェース等を備えていても良い。通信インターフェース260は、SPECT装置200と接続するために用いられる。また、メモリ31には、本発明に係る脳血流量定量プログラム300が記憶されている。 FIG. 4 shows a system configuration in the most preferable mode of the cerebral blood flow
データベース30は、少なくとも、mCfとCf・Vdとの関係を表す相間式及び標準入力関数とを格納している。標準入力関数は、公知の方法(例えば、文献(Hidehiro Iida et al,The Journal of Nuclear Medicine,December 1994,Vol.35,No.12,pp 2019−2030)記載の方法)にて求めたものを利用可能である。mCfとCf・Vdとの関係を表す相間式は、複数の被験者においてmCfとCf・Vdとを求め、Cf・Vdに対してmCfをプロットしたグラフを直線近似して求める事ができる。なお、mCfは、動脈採血データを用いて公知の方法により求めることができ、Cf・Vdは、タイムアクティビティーカーブを2コンパートメントモデル式へフィッティングさせる事により求める事ができる。The
核医学画像データ取得部40は、上述したステップS11に係る処理を実行する。具体的には、時間的に連続した複数の核医学画像データをSPECT装置から取得する。ここで取得した核医学画像データは、タイムアクティビティーカーブの作成に用いる他、脳血流量の定量にも用いられる。本例においては、各時間点における核医学画像データは、空間的に連続した複数の断層画像(好ましくは横断像)により構成されている。 The nuclear medicine image
タイムアクティビティーカーブ作成部50は、上述したステップS12に係る処理を実行する。
第一のパラメータ算出部60は、上述したステップS13に係る処理を実行する。
第二のパラメータ算出部70は、上述したステップS14に係る処理を実行する。
第三のパラメータ算出部80は、上述したステップS15に係る処理を実行する。
脳血流量算出部90は、上述したステップS16及びステップS21〜23に係る処理を実行する。
そして、出力部100は、上述したステップS17に係る処理を実行する。
以上、本発明に係る脳血流量定量装置10の最も好ましい態様について述べた。The time activity
The first
The second
The third
The cerebral blood flow
And the
The most preferable aspect of the cerebral blood flow
次に、本発明に係る脳血流量定量プログラム300について説明する。上述したように、本発明に係る脳血流量定量装置10は、脳血流量定量プログラム300を読み込んだコンピュータとして構成することができる。
図5は、本発明に係る脳血流量定量プログラムの最も好ましい態様における構成を示す図である。好ましい態様において、脳血流量定量プログラム300は、入力モジュール310と、タイムアクティビティーカーブ作成モジュール320と、第一のパラメータ算出モジュール330と、第二のパラメータ算出モジュール340と、第三のパラメータ算出モジュール350と、脳血流量算出モジュール360と、出力モジュール370とにより構成される。また好ましい態様において、第一のパラメータ算出モジュール330と、第二のパラメータ算出モジュール340と、第三のパラメータ算出モジュール350とは、本発明に係るパラメータ決定プログラム380を構成し、脳血流量定量プログラム300に組み込まれている。Next, the cerebral blood flow
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the most preferred embodiment of the cerebral blood flow rate quantification program according to the present invention. In a preferred embodiment, the cerebral blood
入力モジュール310は、ステップS11に係る処理をコンピュータに実行させる。タイムアクティビティーカーブ作成モジュール320は、ステップS12に係る処理をコンピュータに実行させる。第一のパラメータ算出モジュール330は、ステップS13に係る処理をコンピュータに実行させる。第二のパラメータ算出モジュール340は、ステップS14に係る処理をコンピュータに実行させる。第三のパラメータ算出モジュール350は、ステップS15に係る処理をコンピュータに実行させる。脳血流量算出モジュール360は、ステップS16及びステップS21〜ステップS24に係る処理をコンピュータに実行させる。出力モジュール370は、ステップS17に係る処理をコンピュータに実行させる。 The
次に、実施例を記載して本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこの内容に限定されるものではない。なお、下記の実施例において、Vdの値は38を用いた。
(相間式作成)
複数の被験者の脳血流SPECTデータ(塩酸N−イソプロピル−4−ヨードアンフェタミン(123I)注射液(日本メジフィジックス株式会社製)を222MBq投与した被験者に基づくもの)を用い、Cf・Vdに対してmCfをプロットし、直線回帰を行って下記の相間式(6)を得た。EXAMPLES Next, although an Example is described and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to this content. In the examples below, the value of V d was used 38.
(Creation of interphase formula)
Using cerebral blood flow SPECT data of a plurality of subjects (based on subjects who received 222 MBq of N-isopropyl-4-iodoamphetamine ( 123 I) hydrochloride injection solution (manufactured by Nippon Mediphysics)), C f · V d MC f was plotted against and linear regression was performed to obtain the following interphase equation (6).
(SPECT撮像)
56例の被験者(平均64.5歳、11〜82歳、男/女=44/12)に対し、塩酸N−イソプロピル−4−ヨードアンフェタミン(123I)注射液(日本メジフィジックス株式会社製)を222MBq投与し、1フェーズ2分で連続15フェーズのダイナミックSPECT撮像を行い、各フェーズにつき画像再構成を行ってSPECT画像を得た(マトリックスサイズ64×64、画素サイズ3.44mm)。(SPECT imaging)
56 example subjects (average 64.5 years old, 11 to 82 years old, male / female = 44/12) to, hydrochloride N- isopropyl-4-iodo-amphetamine (123 I) Injection (manufactured by Nippon Medi-Physics Co., Ltd.) And 222 MBq were administered, 15 SP dynamic images were continuously acquired in 2 minutes per phase, and SPECT images were obtained by performing image reconstruction for each phase (matrix size 64 × 64, pixel size 3.44 mm).
(本発明に係る方法を用いた脳血流量の定量)
撮像された各フェーズのSPECT画像を用い、小脳テントから頭頂葉にかけて脳室全体をカバーする部位のスライス(小脳テントから約15スライス分)を選択し、各ピクセルにおけるカウント値の平均+2.5SDを上限値とし、当該上限値の10%+2.5SDを下限値としてピクセルを抽出した。抽出された全ピクセルにつき、カウント値の平均値を算出した。算出された当該平均カウント値を用い、タイムアクティビティーカーブを作成した。(Quantification of cerebral blood flow using the method according to the present invention)
Using the captured SPECT images of each phase, a slice of the region covering the entire ventricle from the cerebellar tent to the parietal lobe (about 15 slices from the cerebellar tent) is selected, and the average count value +2.5 SD for each pixel is calculated. Pixels were extracted with the upper limit as 10% + 2.5SD of the upper limit and the lower limit. The average value of the count values was calculated for all the extracted pixels. A time activity curve was created using the calculated average count value.
作成したタイムアクティビティーカーブに、下記式(1): In the created time activity curve, the following formula (1):
求めたmCfを用い、下記式(4):Using the calculated mC f , the following formula (4):
に従って左右MCA領域の脳血流量(mL/分/100g)を求めた。定量を行った左右MCA領域は、標準脳上で予め設定した領域を用いた(図6)。また脳血流量の計算には、6〜15フェーズ(放射性医薬品投与10分後から20分間)のデータを用いた。The cerebral blood flow (mL / min / 100 g) in the left and right MCA regions was determined according to As the left and right MCA regions for which quantification was performed, a region set in advance on the standard brain was used (FIG. 6). In addition, for calculation of cerebral blood flow, data of 6 to 15 phases (20 minutes from 10 minutes after administration of the radiopharmaceutical) were used.
(従来法(1点採血ARG法)による定量)
一方、上記ダイナミックSPECT撮像に並行し、撮像開始10分後に動脈血を採血し、公知の方法(例えば、文献Hidehiro Iida et al,The Journal of Nuclear Medicine,December 1994,Vol.35,No.12,pp2019−2030記載の方法)に従ってスケーリングファクター(mCf)を求め、脳血流量(mL/分/100g)を求めた。(Quantification by conventional method (single-point blood sampling ARG method))
On the other hand, in parallel with the dynamic SPECT imaging, arterial blood is collected 10 minutes after the start of imaging, and a known method (for example, the document Hidehiro Iida et al, The Journal of Nuclear Medicine, December 1994, Vol. 35, No. 12, pp2019). The scaling factor (mC f ) was determined according to the method described in −2030), and the cerebral blood flow (mL / min / 100 g) was determined.
(本発明に係る方法と従来法との脳血流量定量値の比較)
本発明に係る方法にて求めた脳血流量と、従来法により求めた脳血流量との相間を、図7に示す。この図に示すように、本発明に係る方法にて求めた脳血流量(図7では「非採血ARG」と表記)と従来法にて求めた脳血流量(図7では「動脈一点採血ARG」と表記)との間には、非常に良好な相間が得られ、また、両者の値は良い一致を示していた。
このように、本発明に係る方法を用いる事により、動脈血の採血データを用いなくとも、良好に脳血流量の定量を行う事ができる事が示された。(Comparison of quantitative values of cerebral blood flow between the method according to the present invention and the conventional method)
FIG. 7 shows the correlation between the cerebral blood flow obtained by the method according to the present invention and the cerebral blood flow obtained by the conventional method. As shown in this figure, the cerebral blood flow obtained by the method according to the present invention (indicated as “non-blood-collected ARG” in FIG. 7) and the cerebral blood flow obtained by the conventional method (in FIG. 7, “one-arterial blood-collected ARG”). ")", A very good correlation was obtained, and both values showed good agreement.
Thus, it has been shown that by using the method according to the present invention, the cerebral blood flow can be quantified satisfactorily without using arterial blood collection data.
本発明は、画像処理プログラム分野において利用する事ができる。 The present invention can be used in the field of image processing programs.
10 脳血流量定量装置
20 パラメータ決定装置
30 データベース
40 核医学画像データ取得部
50 タイムアクティビティーカーブ作成部
60 第一のパラメータ算出部
70 第二のパラメータ算出部
80 第三のパラメータ算出部
90 脳血流量算出部
100 出力部
200 SPECT装置
210 ガンマカメラ
220 画像再構成部
230 CPU
240 メモリ
250 モニタ
260 通信インターフェース
270 キーボード
280 バス
300 脳血流量定量プログラム
310 入力モジュール
320 タイムアクティビティーカーブ作成モジュール
330 第一のパラメータ算出モジュール
340 第二のパラメータ算出モジュール
350 第三のパラメータ算出モジュール
360 脳血流量算出モジュール
370 出力モジュール
380 パラメータ決定プログラム10 cerebral blood flow
240 memory 250 monitor 260 communication interface 270 keyboard 280
Claims (10)
被験者の頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブに下記式(1):
求めたk1Cfおよびk2とから、下記式(2):
第二のパラメータ算出部にて求めたCf・Vdと前記データベースに格納された前記相間式からmCfを求める第三のパラメータ算出部と、
を備えるパラメータ決定装置。Interphase expression representing the relationship between mC f and C f · V d (mC f : scaling factor, C f : scaling factor determined based on time activity curve of cranial nuclear medicine image, V d : brain blood distribution coefficient) And a database that stores
The following formula (1) is applied to the time activity curve representing the time-dependent change of the count value in the subject's nuclear medicine image.
From the determined k 1 C f and k 2 , the following formula (2):
A third parameter calculation unit for obtaining mC f from C f · V d obtained by the second parameter calculation unit and the interphase equation stored in the database;
A parameter determination device comprising:
被験者の頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブに下記式(1):
求めたk1Cfおよびk2とから、下記式(2):
第二のパラメータ算出部にて求めたCf・Vdと前記データベースに格納された前記相間式からmCfを求める第三のパラメータ算出部として動作させる、パラメータ決定プログラム。A time activity curve representing a change over time of a count value in a head nuclear medicine image of a subject and an interphase expression representing a relationship between mC f and C f · V d stored in a database can be used, and a storage unit, a CPU, A computer program for operating a computer comprising: the computer program executed by the CPU,
The following formula (1) is applied to the time activity curve representing the time-dependent change of the count value in the subject's nuclear medicine image.
From the determined k 1 C f and k 2 , the following formula (2):
A parameter determination program that operates as a third parameter calculation unit that calculates mC f from C f · V d calculated by the second parameter calculation unit and the interphase equation stored in the database.
被験者の頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブに下記式(1):
求めたk1Cfおよびk2とから、下記式(2):
求めたCf・Vdを利用し、データベースに格納されたmCfとCf・Vdとの関係を表す相間式からmCfを求める第三のパラメータ算出処理と、を順次実行する、パラメータ決定法。A method for determining parameters used by a computer to quantify cerebral blood flow based on a nuclear medicine image of a subject comprising:
The following formula (1) is applied to the time activity curve representing the time-dependent change of the count value in the subject's nuclear medicine image.
From the determined k 1 C f and k 2 , the following formula (2):
A parameter that sequentially executes a third parameter calculation process for obtaining mC f from an interphase expression representing a relationship between mC f and C f · V d stored in the database, using the obtained C f · V d Decision method.
(ア)標準入力関数S(t):標準的な脳内への放射性医薬品の流入量の時間変化を表す関数
(イ)相間式:mCfとCf・Vdとの関係を表す相間式、
(mCf:スケーリングファクター、Cf:頭部核医学画像のタイムアクティビティーカーブに基づいて求めたスケーリングファクター、Vd:脳血液分配係数)の各データを格納したデータベースと、
被験者の頭部核医学画像を取得する核医学画像データ取得部と、
前記頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブを作成するタイムアクティビティーカーブ作成部と、
前記タイムアクティビティーカーブに下記式(1):
求めたk1Cfおよびk2とから、下記式(2):
第二のパラメータ算出部にて求めたCf・Vdと前記データベースに格納された前記相間式からmCfを求める第三のパラメータ算出部と、
下記式(4)または(5):
得られた脳血流量を対応する単位領域と関連づけて表示する表示部と、
を備える脳血流量定量装置。At least the following (a) and (b):
(A) Standard input function S (t): a function representing a time change of the inflow of a radiopharmaceutical into a standard brain (a) Interphase equation: an interphase equation representing a relationship between mCf and Cf · Vd,
(MCf: Scaling factor, Cf: Scaling factor obtained based on time activity curve of head nuclear medicine image, Vd: Brain blood distribution coefficient)
A nuclear medicine image data acquisition unit for acquiring a head nuclear medicine image of the subject;
A time activity curve creating unit for creating a time activity curve representing a time-dependent change of the count value in the head nuclear medicine image;
In the time activity curve, the following formula (1):
From the determined k 1 C f and k 2 , the following formula (2):
A third parameter calculation unit for obtaining mC f from C f · V d obtained by the second parameter calculation unit and the interphase equation stored in the database;
Following formula (4) or (5):
A display unit that displays the cerebral blood flow obtained in association with the corresponding unit region;
A cerebral blood flow quantification apparatus comprising:
被験者の頭部核医学画像を取得する核医学画像データ取得部と、
前記頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブを作成するタイムアクティビティーカーブ作成部と、
前記タイムアクティビティーカーブに下記式(1):
求めたk1Cfおよびk2とから、下記式(2):
第二のパラメータ算出部にて求めたCf・Vdと前記データベースに格納された前記相間式からmCfを求める第三のパラメータ算出部と、
下記式(4)または(5):
得られた脳血流量を対応する単位領域と関連づけて表示する表示部として動作させる、脳血流量定量プログラム。A nuclear medicine image of a subject to whom a radiopharmaceutical is administered and a correlation formula and a standard input function representing a relationship between mC f and C f · V d stored in a database can be used, and a storage means and a CPU are provided. A computer program for operating the computer, which is executed by the CPU,
A nuclear medicine image data acquisition unit for acquiring a head nuclear medicine image of the subject;
A time activity curve creating unit for creating a time activity curve representing a time-dependent change of the count value in the head nuclear medicine image;
In the time activity curve, the following formula (1):
From the determined k 1 C f and k 2 , the following formula (2):
A third parameter calculation unit for obtaining mC f from C f · V d obtained by the second parameter calculation unit and the interphase equation stored in the database;
Following formula (4) or (5):
A cerebral blood flow quantification program that operates as a display unit that displays the cerebral blood flow obtained in association with a corresponding unit region.
被験者の頭部核医学画像を取得する核医学画像データ取得処理と、
前記頭部核医学画像におけるカウント値の経時変化を表すタイムアクティビティーカーブを作成するタイムアクティビティーカーブ作成処理と、
得られた前記タイムアクティビティーカーブに下記式(1):
求めたk1Cfおよびk2とから、下記式(2):
求めたCf・Vdを利用し、データベースに格納されたmCfとCf・Vdとの関係を表す相間式からmCfを求める第三のパラメータ算出処理と、
下記式(4)または(5):
得られた脳血流量を対応する単位領域と関連づけて表示する表示処理と、を順次実行する、脳血流量定量法。A computer-based method for quantifying cerebral blood flow based on a nuclear medicine image of a subject,
Nuclear medicine image data acquisition processing for acquiring a subject's head nuclear medicine image;
A time activity curve creating process for creating a time activity curve representing a time-dependent change in a count value in the head nuclear medicine image;
The obtained time activity curve has the following formula (1):
From the determined k 1 C f and k 2 , the following formula (2):
A third parameter calculation process for obtaining mC f from an interphase expression representing a relationship between mC f and C f · V d stored in the database using the obtained C f · V d ;
Following formula (4) or (5):
A cerebral blood flow quantification method that sequentially executes display processing for displaying the obtained cerebral blood flow in association with a corresponding unit region.
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