JP7524791B2 - X-ray imaging device and X-ray imaging method - Google Patents
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Description
本発明は、X線撮影装置およびX線撮影方法に関し、特に、X線フォトンを検出するX線撮影装置およびX線撮影方法に関する。 The present invention relates to an X-ray imaging device and an X-ray imaging method, and in particular to an X-ray imaging device and an X-ray imaging method that detects X-ray photons.
特許文献1に開示されているフォトンカウンティングCT装置は、X線発生部から発生され、被検体を透過したX線フォトンを検出し、検出されたX線フォトンの数を表現する計数データを予め決められた複数のエネルギー範囲について収集するように構成されている。また、このフォトンカウンティングCT装置は、予め決められた複数のエネルギー範囲のうちの画像化対象のエネルギー範囲に関するフォトンカウンティングCT画像(エネルギー範囲画像)を再構成するように構成されている。
The photon-counting CT device disclosed in
しかしながら、上記特許文献1のフォトンカウンティングCT装置では、画像化のための複数のエネルギー範囲が予め決められているため、あるエネルギー範囲では、X線フォトンのカウント数が十分な一方、別のエネルギー範囲では、X線フォトンのカウント数が少なくなってノイズ成分が相対的に大きくなる場合がある。この場合、エネルギー範囲画像の画質が低下するという問題点がある。また、上記特許文献1には明記されていないが、上記特許文献1に記載されるようなフォトンカウンティングCT装置では、エネルギー範囲画像に基づいて、物質弁別が行われる場合がある。この場合、ノイズ成分が相対的に大きくなることに起因してエネルギー範囲画像に基づく物質弁別能(物質を判別する性能)が低下するという問題点もある。
However, in the photon-counting CT device of
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、エネルギー範囲画像の画質が低下することを抑制すること、および、エネルギー範囲画像に基づく物質弁別能が低下することを抑制することが可能なX線撮影装置およびX線撮影方法を提供することである。 This invention has been made to solve the above problems, and one object of the invention is to provide an X-ray imaging device and an X-ray imaging method that can suppress deterioration in the image quality of the energy range image and suppress deterioration in the material decomposition ability based on the energy range image.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面におけるX線撮影装置は、X線源と、X線源から照射され、被写体を透過したX線フォトンを検出するX線検出部と、X線検出部の出力を処理する処理部と、を備え、処理部は、X線検出部により検出されたX線フォトンの検出結果に基づいて、X線フォトンのカウント数を取得する処理、取得したX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定する処理、及び、設定した複数のエネルギー範囲に基づいて、複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応する画像データを取得する処理を行うように構成されており、処理部は、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数のばらつきが所定のばらつき範囲内になるように、複数のエネルギー範囲の各々の始点及び終点を取得して設定するように構成されている。 In order to achieve the above-mentioned object, an X-ray imaging apparatus in a first aspect of the present invention comprises an X-ray source, an X-ray detection unit that detects X-ray photons irradiated from the X-ray source and transmitted through a subject, and a processing unit that processes the output of the X-ray detection unit, wherein the processing unit is configured to perform a process of acquiring the number of X-ray photons counted based on the detection result of the X-ray photons detected by the X-ray detection unit, a process of setting a plurality of energy ranges based on the acquired number of X-ray photon counts, and a process of acquiring image data corresponding to each of the plurality of energy ranges based on the set plurality of energy ranges, and the processing unit is configured to acquire and set a start point and an end point of each of the plurality of energy ranges so that the variation in the number of X-ray photons counted in the plurality of energy ranges is within a predetermined variation range .
また、上記目的を達成するために、この発明の第2の局面におけるX線撮影方法は、被写体を透過したX線フォトンを検出するステップと、X線フォトンの検出結果に基づいて、X線フォトンのカウント数を取得するステップと、X線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定するステップと、複数のエネルギー範囲に基づいて、複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応する画像データを取得するステップと、を備え、複数のエネルギー範囲を設定するステップは、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数のばらつきが所定のばらつき範囲内になるように、複数のエネルギー範囲の各々の始点及び終点を取得して設定するステップを含む。 In addition, in order to achieve the above-mentioned object, an X-ray imaging method in a second aspect of the present invention includes the steps of detecting X-ray photons that have passed through a subject, acquiring the number of X-ray photon counts based on the detection results of the X-ray photons, setting a plurality of energy ranges based on the number of X-ray photon counts, and acquiring image data corresponding to each of the plurality of energy ranges based on the plurality of energy ranges, wherein the step of setting the plurality of energy ranges includes the step of acquiring and setting a start point and an end point of each of the plurality of energy ranges so that the variation in the number of X-ray photon counts in the plurality of energy ranges is within a predetermined variation range .
上記第1の局面におけるX線撮影装置および上記第2の局面によるX線撮影方法では、X線フォトンの検出結果に基づいて、X線フォトンのカウント数を取得するとともに、X線フォトンのカウント数に基づいて、画像化のための複数のエネルギー範囲を設定し、複数のエネルギー範囲に基づいて、複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応する画像データを取得する。これにより、予め決められた複数のエネルギー範囲を設定する場合と異なり、実際のX線フォトンのカウント数に基づいて複数のエネルギー範囲を設定するので、あるエネルギー範囲でX線フォトンのカウント数が少なくなってノイズ成分が相対的に大きくなることを抑制するようにエネルギー範囲を設定することができる。その結果、ノイズ成分が相対的に大きいことに起因して、エネルギー範囲画像の画質が低下することを抑制することができるとともに、エネルギー範囲画像に基づく物質弁別能が低下することを抑制することができる。また、実際のX線フォトンのカウント数に基づいて複数のエネルギー範囲を自動設定するので、X線源およびX線検出部の仕様によらず、適切なエネルギー範囲を設定することができるとともに、被写体の材料およびサイズによらず、適切なエネルギー範囲を設定することができる。 In the X-ray imaging device according to the first aspect and the X-ray imaging method according to the second aspect, the X-ray photon count is obtained based on the detection result of the X-ray photons, and multiple energy ranges for imaging are set based on the X-ray photon count, and image data corresponding to each of the multiple energy ranges is obtained based on the multiple energy ranges. As a result, unlike the case where multiple predetermined energy ranges are set, the multiple energy ranges are set based on the actual X-ray photon count, so that the energy range can be set so as to prevent the X-ray photon count from decreasing in a certain energy range and the noise component from becoming relatively large. As a result, it is possible to prevent the image quality of the energy range image from deteriorating due to the noise component being relatively large, and it is possible to prevent the material decomposition ability based on the energy range image from deteriorating. In addition, since the multiple energy ranges are automatically set based on the actual X-ray photon count, it is possible to set an appropriate energy range regardless of the specifications of the X-ray source and the X-ray detection unit, and it is possible to set an appropriate energy range regardless of the material and size of the subject.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(X線撮影装置の構成)
図1~図3を参照して、本発明の一実施形態によるX線撮影装置100の構成について説明する。
(Configuration of X-ray imaging device)
The configuration of an
図1に示すように、X線撮影装置100は、被写体200を透過したX線フォトンを利用して、被写体200の内部の画像を生成するフォトンカウンティング型のX線撮影装置である。具体的には、X線撮影装置100は、PCCT(Photon Counting Computed Tomography:フォトンカウンティングコンピュータ断層撮影)装置である。また、X線撮影装置100は、被写体200を透過したX線フォトンのエネルギー値の特性が物質ごとに異なることを利用して、物質弁別を行うことが可能なように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
X線撮影装置100は、X線源1と、X線検出部2と、回転ステージ3と、制御部4とを備えている。なお、制御部4は、特許請求の範囲の「処理部」の一例である。
The
X線源1は、被写体200にX線を照射するように構成されている。X線源1は、X線管を含み、高電圧が印加されることにより、X線を発生させるとともに、発生されたX線をX線検出部2に向かって照射するように構成されている。
The
X線検出部2は、フォトンカウント型のX線検出部である。X線検出部2は、X線源1から照射され、被写体200を透過したX線フォトンを検出するように構成されている。また、X線検出部2は、検出されたX線フォトンを電気信号に変換し、変換された電気信号を出力するように構成されている。具体的には、X線検出部2は、エネルギー値ごとのX線フォトンの数を計数することが可能なように、X線フォトンに対応する電気信号を出力するように構成されている。これにより、エネルギー範囲(いわゆる、ビン)ごとのX線フォトンの数を計数(カウント)することが可能である。また、X線検出部2は、5keV以下のエネルギー分解能を有することが好ましい。
The
また、X線検出部2は、X線フォトンを電気信号に変換する複数の検出素子を含んでいる。検出素子としては、たとえば、X線フォトンを直接的に電気信号に変換する直接変換型の半導体素子を採用することができる。このような半導体素子としては、たとえば、カドウミウムテルル系の半導体素子を挙げることができる。また、検出素子としては、たとえば、X線フォトンを光に変換するシンチレータと、光を電気信号に変換するフォトダイオードとを含み、X線フォトンを間接的に電気信号に変換する間接変換型の検出素子を採用してもよい。
The
回転ステージ3は、被写体200を回転させるように構成されている。回転ステージ3は、被写体200を載置するための載置台と、載置台を回転駆動させるモータなどの駆動部とを含んでいる。制御部4の制御の下、回転ステージ3により被写体200を回転させることにより、被写体200をX線源1とX線検出部2とを含む撮影系に対して回転させることができる。これにより、被写体200に対するX線の照射位置を変更しながら、X線撮影を行うことができる。
The rotating
制御部4は、X線撮影装置100の各部を制御するように構成されている。制御部4は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサと、メモリとを含んでいる。また、制御部4は、画像に関するデータ処理を行う画像処理部として機能する。具体的には、制御部4は、X線検出部2の出力を処理するように構成されている。より具体的には、制御部4は、X線検出部2によるX線フォトンの検出結果に基づいて、画像化のための複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応するエネルギー範囲画像データ5(図2参照)を取得するように構成されている。なお、エネルギー範囲画像データ5は、特許請求の範囲の「画像データ」の一例である。
The control unit 4 is configured to control each part of the
図2に示すように、制御部4は、複数のエネルギー範囲の各々のX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲画像データ5の各々を取得するように構成されている。エネルギー範囲画像データ5は、サイノグラム画像データである。サイノグラム画像データは、X線検出部2によるX線フォトンの検出結果を、検出素子の番号(検出器番号)と、回転角度とにより、2次元的に配置した画像データである。サイノグラム画像データは、被写体200に対応する被写体領域と、被写体200外に対応する被写体外領域(被写体外の空気領域)とを含んでいる。
As shown in FIG. 2, the control unit 4 is configured to acquire each of the multiple energy
制御部4は、サイノグラム画像データに対して、FBP(Filtered Back Projection)などの再構成処理を行うことにより、再構成画像データを取得するように構成されている。なお、再構成画像データは、サイノグラム画像データごとに取得することが可能である。すなわち、複数のサイノグラム画像データに基づいて、複数の再構成画像データを取得することが可能である。また、複数の再構成画像データも、複数のエネルギー範囲に対応するため、エネルギー範囲画像といえる。また、制御部4は、複数の再構成画像データに基づいて、被写体200の物質弁別を行うように構成されている。
The control unit 4 is configured to acquire reconstructed image data by performing reconstruction processing such as FBP (Filtered Back Projection) on the sinogram image data. Note that the reconstructed image data can be acquired for each sinogram image data. In other words, it is possible to acquire multiple reconstructed image data based on multiple sinogram image data. In addition, the multiple reconstructed image data also correspond to multiple energy ranges, and therefore can be said to be energy range images. In addition, the control unit 4 is configured to perform material decomposition of the
(カウント数の平均分配)
図3では、X線検出部2により取得したエネルギーに対するX線フォトンのカウント数の分布の一例を示すグラフ(図中左のグラフ)と、図中左のグラフの各エネルギー範囲のカウント数の総数(エネルギー範囲内のカウント数の合計値)を示すグラフ(図中右のグラフ)とを示している。また、図3に示す2つのグラフでは、縦軸はX線フォトンのカウント数を示し、横軸はX線フォトンのエネルギーを示している。なお、図3では、便宜上、E1~E4の4つのエネルギー範囲を設定する例を示しているが、エネルギー範囲の数は、特に限られない。
(Average distribution of counts)
3 shows a graph (left graph in the figure) showing an example of the distribution of the X-ray photon counts with respect to the energy acquired by the
ここで、本実施形態では、図3に示すように、制御部4は、X線検出部2により検出されたX線フォトンの検出結果に基づいて、X線フォトンのカウント数を取得する処理、取得したX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定する処理、及び、設定した複数のエネルギー範囲に基づいて、複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応するエネルギー範囲画像データ5を取得するように構成されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the control unit 4 is configured to perform a process of acquiring the number of X-ray photons counted based on the detection result of the X-ray photons detected by the
具体的には、制御部4は、被写体200の撮影後に、X線検出部2により検出されたX線フォトンの検出結果に基づいて、エネルギー値ごとのX線フォトンのカウント数を取得するように構成されている。この際、制御部4は、画像化対象の全エネルギー範囲において、エネルギー値ごとのX線フォトンのカウント数を取得するように構成されている。すなわち、制御部4は、画像化対象の全エネルギー範囲のX線フォトンのカウント数の分布を取得するように構成されている。そして、制御部4は、画像化対象の全エネルギー範囲におけるエネルギー値ごとのX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。
Specifically, the control unit 4 is configured to obtain the number of X-ray photons counted for each energy value based on the detection result of X-ray photons detected by the
また、本実施形態では、制御部4は、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数のばらつきが所定のばらつき範囲6内になるように、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。具体的には、制御部4は、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数が平均値に対して所定値内(たとえば、平均値に対するばらつきが10%以内)に収まるように、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。また、設定を行うエネルギー範囲の数は、予め決められている。すなわち、制御部4は、予め決められた数(図3では、4つ)のエネルギー範囲において、X線フォトンのカウント数が平均的に分配されるように、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。なお、平均値とは、画像化対象の全エネルギー範囲のX線フォトンのカウント数の総数(合計値)を、予め決められたエネルギー範囲の数で除した値である。また、エネルギー範囲の数は、たとえばユーザにより予め設定されている。 In addition, in this embodiment, the control unit 4 is configured to set multiple energy ranges so that the variation in the count number of X-ray photons in the multiple energy ranges is within a predetermined variation range 6. Specifically, the control unit 4 is configured to set multiple energy ranges so that the count number of X-ray photons in the multiple energy ranges is within a predetermined value with respect to the average value (for example, the variation with respect to the average value is within 10%). In addition, the number of energy ranges to be set is predetermined. That is, the control unit 4 is configured to set multiple energy ranges so that the count number of X-ray photons is distributed evenly in a predetermined number of energy ranges (four in FIG. 3). Note that the average value is a value obtained by dividing the total number (total value) of the count number of X-ray photons in all energy ranges of the imaging target by the number of predetermined energy ranges. In addition, the number of energy ranges is preset, for example, by a user.
なお、各エネルギー範囲のX線フォトンのカウント数の平均値からのばらつきは、X線検出部2のエネルギー分解能によって、左右される。すなわち、各エネルギー範囲のX線フォトンのカウント数の平均値からのばらつきは、X線検出部2によるX線フォトンの検出結果に基づいて、何keVごとにX線フォトンを計数可能かによって、左右される。また、各エネルギー範囲のX線フォトンのカウント数の平均値からのばらつきは、X線フォトンを計数可能な単位エネルギーが小さいほど小さくなるため、ばらつきを低減する観点からは、5keV以下の単位でX線フォトンを計数可能であることが好ましい。
The variation from the average value of the X-ray photon count number in each energy range is determined by the energy resolution of the
ここで、図3を参照して、複数のエネルギー範囲の設定の一例を説明する。図3では、エネルギー範囲の数として4つが設定されている。 Here, an example of setting multiple energy ranges will be described with reference to Figure 3. In Figure 3, four energy ranges are set.
この場合、画像化対象の全エネルギー範囲におけるエネルギー値ごとのX線フォトンのカウント数に基づいて、4つのエネルギー範囲E1~E4が設定される。この際、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数が平均値に対して所定値内に収まるように、4つのエネルギー範囲E1~E4の各々の始端および終端が取得されて設定される。これにより、4つのエネルギー範囲E1~E4が、X線フォトンのカウント数を概ね均等に含むように設定されるので、あるエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数が少なくなることを抑制することが可能である。 In this case, four energy ranges E1 to E4 are set based on the number of X-ray photons counted for each energy value in the entire energy range of the imaging target. At this time, the start and end of each of the four energy ranges E1 to E4 are obtained and set so that the number of X-ray photons counted in the multiple energy ranges falls within a predetermined value of the average value. As a result, the four energy ranges E1 to E4 are set to include the number of X-ray photons counted approximately equally, making it possible to prevent the number of X-ray photons from decreasing in a certain energy range.
一方、カウント数の平均分配を行わない場合、図4に示す比較例のような、エネルギー範囲の設定が行われる。具体的には、図4に示す例では、画像化対象の全エネルギー範囲を等分割した4つのエネルギー範囲E1~E4が、予め決められたエネルギー範囲として設定されている。この場合、エネルギー範囲E3およびE4において、X線フォトンのカウント数が少なくなるため、ノイズ成分が相対的に大きくなる。その結果、エネルギー範囲E3およびE4に対応するエネルギー範囲画像の画質が低下してしまうとともに、物質弁別能が低下してしまう。 On the other hand, when the count numbers are not averaged, the energy range is set as in the comparative example shown in FIG. 4. Specifically, in the example shown in FIG. 4, four energy ranges E1 to E4, which are equal divisions of the entire energy range of the imaging target, are set as predetermined energy ranges. In this case, the number of X-ray photon counts is small in the energy ranges E3 and E4, and the noise components become relatively large. As a result, the image quality of the energy range images corresponding to the energy ranges E3 and E4 is degraded, and the material decomposition ability is also degraded.
また、本実施形態では、図2および図3に示すように、制御部4は、被写体200に対応する被写体領域と被写体200外に対応する被写体外領域とのうち、被写体領域のX線フォトンのカウント数を取得するとともに、取得した被写体領域のX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。具体的には、制御部4は、被写体領域のエネルギー値ごとのX線フォトンのカウント数を取得するとともに、取得した被写体領域のエネルギー値ごとのX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数が平均値に対して所定値内に収まるように、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。 In addition, in this embodiment, as shown in Figs. 2 and 3, the control unit 4 is configured to acquire the X-ray photon count number of the subject region, which is the subject region corresponding to the subject 200, and the outside-subject region corresponding to the outside of the subject 200, and to set multiple energy ranges based on the acquired X-ray photon count number of the subject region. Specifically, the control unit 4 is configured to acquire the X-ray photon count number for each energy value of the subject region, and to set multiple energy ranges based on the acquired X-ray photon count number for each energy value of the subject region such that the X-ray photon count number in the multiple energy ranges falls within a predetermined value with respect to the average value.
また、本実施形態では、制御部4は、X線検出部2により検出されたX線フォトンの検出結果に基づいて、全エネルギー範囲の画像データ(全エネルギー範囲のサイノグラム画像データ)、または、特定のエネルギー範囲の画像データ(特定のエネルギー範囲のサイノグラム画像データ)を取得するとともに、取得した全エネルギー範囲の画像データ、または、特定のエネルギー範囲の画像データに基づいて、被写体領域を識別するように構成されている。たとえば、制御部4は、画像化対象の全エネルギー範囲に対応する全エネルギー範囲の画像データを取得するとともに、全エネルギー範囲の画像データと、予め被写体200が無い状態で撮影したブランクデータとを比較し、全エネルギー範囲の画像データと、予め被写体200が無い状態で撮影したブランクデータとの比較結果に基づいて、被写体領域および被写体外領域を識別する。
In addition, in this embodiment, the control unit 4 is configured to acquire image data of the entire energy range (sinogram image data of the entire energy range) or image data of a specific energy range (sinogram image data of a specific energy range) based on the detection result of X-ray photons detected by the
また、たとえば、制御部4は、画像化対象の全エネルギー範囲のうちの特定のエネルギー範囲に対応する特定のエネルギー範囲の画像データを取得するとともに、特定のエネルギー範囲の画像データと、予め被写体200が無い状態で撮影したブランクデータとを比較し、特定のエネルギー範囲の画像データと、予め被写体200が無い状態で撮影したブランクデータとの比較結果に基づいて、被写体領域および被写体外領域を識別する。なお、特定のエネルギー範囲の画像データを用いる場合、特定のエネルギー範囲を予め指定しておく必要がある。 For example, the control unit 4 also acquires image data of a specific energy range that corresponds to a specific energy range out of the entire energy range of the imaging target, compares the image data of the specific energy range with blank data captured in advance without the subject 200, and identifies the subject region and the non-subject region based on the comparison result between the image data of the specific energy range and the blank data captured in advance without the subject 200. Note that when image data of a specific energy range is used, it is necessary to specify the specific energy range in advance.
(シミュレーション結果)
次に、図5を参照して、カウント数の平均分配による物質弁別能の向上の確認のためのシミュレーション結果について説明する。なお、実際のシミュレーションでは、実際のX線フォトンの検出結果に基づいてグレースケール画像およびカラー画像を取得したが、図5では、便宜上、実際のグレースケール画像およびカラー画像を模式図により示している。
(simulation result)
Next, the results of a simulation for confirming the improvement of material decomposition ability by the average distribution of the count numbers will be described with reference to Fig. 5. Note that in the actual simulation, grayscale images and color images were obtained based on the detection results of actual X-ray photons, but for convenience, Fig. 5 shows the actual grayscale images and color images as schematic diagrams.
シミュレーションでは、ASA(Acrylate Styrene Acrylonitrile)樹脂製の円柱状の本体に、PEI(Polyetherimide)樹脂製の円柱部材と、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂製の円柱部材とを埋め込み、円柱状の空洞部分(空気部分)を設けたものを、被写体として用いた。 In the simulation, the subject was a cylindrical body made of ASA (Acrylate Styrene Acrylonitrile) resin, with a cylindrical member made of PEI (Polyetherimide) resin and a cylindrical member made of ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) resin embedded in it, creating a cylindrical hollow portion (air portion).
図5は、この被写体の再構成画像(本来はグレースケール画像)と、カウント数の平均分配を行わなかった場合の物質弁別結果を示す画像(本来はカラー画像)と、カウント数の平均分配を行った場合の物質弁別結果を示す画像(本来はカラー画像)とを示している。物質弁別結果を示す画像では、同一物質と識別された部分が同一カラー(図5ではハッチングまたは黒)で示されている。 Figure 5 shows a reconstructed image of this subject (originally a grayscale image), an image showing the material decomposition results when the count numbers were not averaged (originally a color image), and an image showing the material decomposition results when the count numbers were averaged (originally a color image). In the image showing the material decomposition results, parts identified as the same material are shown in the same color (hatched or black in Figure 5).
なお、カウント数の平均分配を行わなかった場合の物質弁別結果を示す画像およびカウント数の平均分配を行った場合の物質弁別結果を示す画像のいずれにおいても、エネルギー範囲の数を5つとした。また、カウント数の平均分配を行わなかった場合の物質弁別結果を示す画像では、5つのエネルギー範囲を、E1=11keV~20keV、E2=21keV~30keV、E3=31keV~40keV、E4=41keV~50keV、E5=51keV~60keVと設定した。また、カウント数の平均分配を行った場合の物質弁別結果を示す画像では、X線フォトンの検出結果に基づいて、エネルギー範囲を、E1=11keV~15keV、E2=16keV~18keV、E3=19keV~21keV、E4=22keV~27keV、E5=28keV~60keVと設定した。 In both the image showing the material decomposition results when the average distribution of counts was not performed and the image showing the material decomposition results when the average distribution of counts was performed, the number of energy ranges was set to 5. In the image showing the material decomposition results when the average distribution of counts was not performed, the five energy ranges were set as follows: E1 = 11 keV to 20 keV, E2 = 21 keV to 30 keV, E3 = 31 keV to 40 keV, E4 = 41 keV to 50 keV, and E5 = 51 keV to 60 keV. In addition, in the image showing the material decomposition results when the average distribution of count numbers was performed, the energy ranges were set as follows based on the detection results of the X-ray photons: E1 = 11 keV to 15 keV, E2 = 16 keV to 18 keV, E3 = 19 keV to 21 keV, E4 = 22 keV to 27 keV, and E5 = 28 keV to 60 keV.
カウント数の平均分配を行わなかった場合の物質弁別結果を示す画像では、物質弁別の正解率が32%となった。一方、カウント数の平均分配を行った場合の物質弁別結果を示す画像では、物質弁別の正解率が80%となった。このため、シミュレーション結果から、カウント数の平均分配を行った場合、カウント数の平均分配を行わなかった場合に比べて、物質弁別能が向上していることが分かった。 In the image showing the material decomposition results when the average distribution of counts was not performed, the accuracy rate of material decomposition was 32%. On the other hand, in the image showing the material decomposition results when the average distribution of counts was performed, the accuracy rate of material decomposition was 80%. Therefore, the simulation results show that when the average distribution of counts was performed, the material decomposition ability was improved compared to when the average distribution of counts was not performed.
(X線撮影処理)
次に、図6を参照して、本実施形態のX線撮影装置100によるX線撮影処理をフローチャートに基づいて説明する。なお、フローチャートの各処理は、制御部4により行われる。
(X-ray photography processing)
Next, the X-ray imaging process performed by the
図6に示すように、まず、ステップ101において、撮影条件の受付が行われる。
As shown in FIG. 6, first, in
そして、ステップ102において、被写体200に対するスキャン撮影が行われる。ステップ102では、回転ステージ3により被写体200を回転させながら、X線源1とX線検出部2とを含む撮影系によるX線撮影が行われる。
Then, in
そして、ステップ103において、被写体領域の識別が行われる。ステップ103では、全エネルギー範囲の画像データ、または、特定のエネルギー範囲の画像データに基づいて、被写体領域の識別が行われる。
Then, in
そして、ステップ104において、被写体領域のエネルギー値ごとのX線フォトンのカウント数が取得される。ステップ104では、被写体領域における、画像化対象の全エネルギー範囲のX線フォトンのカウント数の分布が取得される。
Then, in
そして、ステップ105において、被写体領域のエネルギー値ごとのX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲が設定される。ステップ105では、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数が平均値に対して所定値内に収まるように、複数のエネルギー範囲が設定される。
Then, in
そして、ステップ106において、複数のエネルギー範囲に基づいて、画像生成が行われる。ステップ106では、複数のエネルギー範囲に対応する複数のサイノグラム画像データ(エネルギー範囲画像データ5)、および、複数のサイノグラム画像データに対応する複数の再構成画像データが生成される。
Then, in
そして、ステップ107において、画像出力および画像保存が行われる。ステップ107では、たとえば、モニタなどの表示部に画像が出力される。また、ステップ107では、たとえば、HDDなどの記憶装置に画像が保存される。
Then, in
(本実施形態の効果)
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effects of this embodiment)
In this embodiment, the following effects can be obtained.
本実施形態では、上記のように、X線源1と、X線源1から照射され、被写体200を透過したX線フォトンを検出するX線検出部2と、X線検出部2の出力を処理する制御部4と、を備え、制御部4は、X線検出部2により検出されたX線フォトンの検出結果に基づいて、X線フォトンのカウント数を取得する処理、取得したX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定する処理、及び、設定した複数のエネルギー範囲に基づいて、複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応するエネルギー範囲画像データ5を取得する処理を行うように構成されている。
As described above, this embodiment includes an
これにより、予め決められた複数のエネルギー範囲を設定する場合と異なり、実際のX線フォトンのカウント数に基づいて複数のエネルギー範囲を設定するので、あるエネルギー範囲でX線フォトンのカウント数が少なくなってノイズ成分が相対的に大きくなることを抑制するようにエネルギー範囲を設定することができる。その結果、ノイズ成分が相対的に大きいことに起因して、エネルギー範囲画像の画質が低下することを抑制することができるとともに、エネルギー範囲画像に基づく物質弁別能が低下することを抑制することができる。また、実際のX線フォトンのカウント数に基づいて複数のエネルギー範囲を自動設定するので、X線源1およびX線検出部2の仕様によらず、適切なエネルギー範囲を設定することができるとともに、被写体200の材料およびサイズによらず、適切なエネルギー範囲を設定することができる。
As a result, unlike the case where multiple predetermined energy ranges are set, multiple energy ranges are set based on the actual X-ray photon counts, so that the energy range can be set to prevent the X-ray photon counts from becoming small in a certain energy range, causing the noise components to become relatively large. As a result, it is possible to prevent the image quality of the energy range image from deteriorating due to the relatively large noise components, and to prevent the material decomposition ability based on the energy range image from deteriorating. In addition, since multiple energy ranges are automatically set based on the actual X-ray photon counts, an appropriate energy range can be set regardless of the specifications of the
また、上記実施形態では、以下のように構成したことによって、下記のような更なる効果が得られる。 In addition, the above embodiment has the following additional advantages:
すなわち、本実施形態では、上記のように、制御部4は、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数のばらつきが所定のばらつき範囲6内になるように、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。これにより、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数をばらつきが少なくなるように分配することができるので、複数のエネルギー範囲において、X線フォトンのカウント数が少なくなってノイズ成分が相対的に大きくなることを抑制することができる。その結果、複数のエネルギー範囲画像の画質が低下することを抑制することができるとともに、複数のエネルギー範囲画像に基づく物質弁別能が低下することを抑制することができる。 In other words, in this embodiment, as described above, the control unit 4 is configured to set multiple energy ranges so that the variation in the count number of X-ray photons in the multiple energy ranges is within a predetermined variation range 6. This allows the count number of X-ray photons to be distributed so as to reduce the variation in the multiple energy ranges, and therefore it is possible to prevent the count number of X-ray photons from decreasing in the multiple energy ranges, causing noise components to become relatively large. As a result, it is possible to prevent the image quality of the multiple energy range images from deteriorating, and also to prevent the material decomposition ability based on the multiple energy range images from deteriorating.
また、本実施形態では、上記のように、制御部4は、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数が平均値に対して所定値内に収まるように、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。これにより、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数を容易にばらつきが少なくなるように分配することができるので、複数のエネルギー範囲において、X線フォトンのカウント数が少なくなってノイズ成分が相対的に大きくなることを容易に抑制することができる。 In addition, in this embodiment, as described above, the control unit 4 is configured to set multiple energy ranges so that the count numbers of X-ray photons in the multiple energy ranges fall within a predetermined value relative to the average value. This makes it possible to easily distribute the count numbers of X-ray photons in the multiple energy ranges so as to reduce variation, and therefore makes it easy to prevent the count numbers of X-ray photons from decreasing in the multiple energy ranges, resulting in a relatively large noise component.
また、本実施形態では、上記のように、制御部4は、被写体200に対応する被写体領域と被写体200外に対応する被写体外領域とのうち、被写体領域のX線フォトンのカウント数を取得するとともに、取得した被写体領域のX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。これにより、物質弁別を行う被写体領域のX線フォトンのカウント数に基づいて複数のエネルギー範囲を設定するので、エネルギー範囲を効果的に設定することができる。その結果、エネルギー範囲画像に基づく物質弁別能が低下することを効果的に抑制することができる。また、被写体外領域の被写体領域のX線フォトンのカウント数を取得する必要がないので、被写体領域および被写体外領域の両方のX線フォトンのカウント数を取得する場合に比べて、処理負荷を低減することができる。 In addition, in this embodiment, as described above, the control unit 4 is configured to acquire the X-ray photon count number of the subject region, between the subject region corresponding to the subject 200 and the outside-subject region corresponding to the outside of the subject 200, and set multiple energy ranges based on the acquired X-ray photon count number of the subject region. In this way, multiple energy ranges are set based on the X-ray photon count number of the subject region where material decomposition is performed, so that the energy range can be set effectively. As a result, it is possible to effectively suppress a decrease in the material decomposition ability based on the energy range image. In addition, since it is not necessary to acquire the X-ray photon count number of the subject region in the outside-subject region, the processing load can be reduced compared to the case where the X-ray photon count numbers of both the subject region and the outside-subject region are acquired.
また、本実施形態では、上記のように、制御部4は、X線検出部2により検出されたX線フォトンの検出結果に基づいて、全エネルギー範囲の画像データ、または、特定のエネルギー範囲の画像データを取得するとともに、取得した全エネルギー範囲の画像データ、または、特定のエネルギー範囲の画像データに基づいて、被写体領域を識別するように構成されている。これにより、被写体領域を容易に識別することができるので、識別した被写体領域のX線フォトンのカウント数に基づいて複数のエネルギー範囲を容易に設定することができる。
In addition, in this embodiment, as described above, the control unit 4 is configured to acquire image data of the entire energy range or image data of a specific energy range based on the detection result of X-ray photons detected by the
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modification]
It should be noted that the embodiments disclosed herein are illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the description of the embodiments above, and further includes all modifications (variations) within the meaning and scope of the claims.
たとえば、上記実施形態では、CT装置としてのX線撮影装置に、本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、CT装置以外のX線撮影装置に適用されてもよい。たとえば、本発明は、透視撮影を行うX線撮影装置に適用されてもよいし
トモシンセシス撮影を行うX線撮影装置に適用されてもよい。
For example, in the above embodiment, an example was shown in which the present invention is applied to an X-ray imaging device as a CT device, but the present invention is not limited to this. The present invention may be applied to an X-ray imaging device other than a CT device. For example, the present invention may be applied to an X-ray imaging device that performs fluoroscopic imaging or an X-ray imaging device that performs tomosynthesis imaging.
また、上記実施形態では、被写体をX線源とX線検出部とを含む撮影系に対して回転させる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、X線源とX線検出部とを含む撮影系を被写体に対して回転させることによって、被写体に対するX線の照射位置を変更しながら、X線撮影を行ってもよい。 In the above embodiment, an example is shown in which the subject is rotated relative to the imaging system including the X-ray source and the X-ray detection unit, but the present invention is not limited to this. In the present invention, X-ray imaging may be performed while changing the X-ray irradiation position on the subject by rotating the imaging system including the X-ray source and the X-ray detection unit relative to the subject.
また、上記実施形態では、制御部が、画像処理部として機能する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部とは別個に独立して、GPU(Graphics Processing Unit)などのプロセッサを含む画像処理部が設けられていてもよい。この場合、画像処理部が本発明の「処理部」として機能してもよい。 In the above embodiment, an example was shown in which the control unit functions as an image processing unit, but the present invention is not limited to this. In the present invention, an image processing unit including a processor such as a GPU (Graphics Processing Unit) may be provided separately and independently from the control unit. In this case, the image processing unit may function as the "processing unit" of the present invention.
また、上記実施形態では、複数のエネルギー範囲においてX線フォトンのカウント数のばらつきが所定のばらつき範囲内になるように、複数のエネルギー範囲を設定する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図7に示す変形例では、複数のエネルギー範囲のうちの所定のエネルギー範囲(図7では、エネルギー範囲E2)においてX線フォトンのカウント数が他のエネルギー範囲に比べて大きくなるように、複数のエネルギー範囲が設定されている。すなわち、図7に示す変形例では、複数のエネルギー範囲の重みづけに応じてX線フォトンのカウント数が分配されるように、複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている。 In addition, in the above embodiment, an example is shown in which multiple energy ranges are set so that the variation in the count number of X-ray photons in the multiple energy ranges falls within a predetermined variation range, but the present invention is not limited to this. For example, in the modified example shown in FIG. 7, multiple energy ranges are set so that the count number of X-ray photons in a predetermined energy range (energy range E2 in FIG. 7) among the multiple energy ranges is larger than in the other energy ranges. That is, in the modified example shown in FIG. 7, multiple energy ranges are configured to be set so that the count number of X-ray photons is distributed according to the weighting of the multiple energy ranges.
ここで、図7に示すグラフは、物質の線減弱係数のエネルギーに対する変化を示している。また、図7に示すグラフでは、縦軸は線減弱係数であり、横軸はX線フォトンのエネルギーである。図7に示すグラフでは、物質のK吸収端に対応するスペクトルが存在している。また、物質のK吸収端に対応するエネルギー範囲E2の重みが、エネルギー範囲E1、E3およびE4に比べて、大きく設定されている。すなわち、エネルギー範囲E2のX線フォトンのカウント数が、エネルギー範囲E1、E3およびE4に比べて大きくなるように、4つのエネルギー範囲E1~E4が設定されている。この場合、物質のK吸収端に対応するエネルギー範囲E2のX線フォトンのカウント数を大きくすることができるので、K吸収端を強調した画像を取得することができる。 The graph shown in FIG. 7 shows the change in the linear attenuation coefficient of a material with respect to energy. In addition, in the graph shown in FIG. 7, the vertical axis is the linear attenuation coefficient, and the horizontal axis is the energy of the X-ray photon. In the graph shown in FIG. 7, a spectrum corresponding to the K absorption edge of the material is present. In addition, the weight of the energy range E2 corresponding to the K absorption edge of the material is set to be larger than the energy ranges E1, E3, and E4. In other words, the four energy ranges E1 to E4 are set so that the count number of X-ray photons in the energy range E2 is larger than the energy ranges E1, E3, and E4. In this case, since the count number of X-ray photons in the energy range E2 corresponding to the K absorption edge of the material can be increased, an image in which the K absorption edge is emphasized can be obtained.
また、上記実施形態では、被写体に対応する被写体領域と被写体外に対応する被写体外領域とのうち、被写体領域のX線フォトンのカウント数を取得するとともに、取得した被写体領域のX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、被写体に対応する被写体領域と被写体外に対応する被写体外領域との両方を含む視野全体のX線フォトンのカウント数を取得するとともに、取得した視野全体のX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定してもよい。また、視野中心のX線フォトンのカウント数を取得するとともに、取得した視野中心のX線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定してもよい。被写体は、通常、視野中心に写り込むため、視野中心のX線フォトンのカウント数を取得すれば、被写体領域に対応するX線フォトンのカウント数を簡易に取得可能である。 In the above embodiment, the X-ray photon count number of the subject region corresponding to the subject and the outside-subject region corresponding to the outside of the subject is obtained, and multiple energy ranges are set based on the X-ray photon count number of the obtained subject region, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the X-ray photon count number of the entire field of view including both the subject region corresponding to the subject and the outside-subject region corresponding to the outside of the subject may be obtained, and multiple energy ranges may be set based on the X-ray photon count number of the entire field of view obtained. Also, the X-ray photon count number at the center of the field of view may be obtained, and multiple energy ranges may be set based on the X-ray photon count number at the center of the field of view obtained. Since the subject is usually captured at the center of the field of view, the X-ray photon count number corresponding to the subject region can be easily obtained by obtaining the X-ray photon count number at the center of the field of view.
[態様]
上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[Aspects]
It will be appreciated by those skilled in the art that the exemplary embodiments described above are examples of the following aspects.
(項目1)
X線源と、
前記X線源から照射され、被写体を透過したX線フォトンを検出するX線検出部と、
前記X線検出部の出力を処理する処理部と、を備え、
前記処理部は、
前記X線検出部により検出された前記X線フォトンの検出結果に基づいて、前記X線フォトンのカウント数を取得する処理、
取得した前記X線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定する処理、及び、
設定した前記複数のエネルギー範囲に基づいて、前記複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応する画像データを取得する処理を行うように構成されている、X線撮影装置。
(Item 1)
An X-ray source;
an X-ray detection unit that detects X-ray photons irradiated from the X-ray source and transmitted through an object;
a processing unit that processes an output of the X-ray detection unit,
The processing unit includes:
A process of acquiring the count number of the X-ray photons based on a detection result of the X-ray photons detected by the X-ray detection unit;
A process of setting a plurality of energy ranges based on the acquired count number of the X-ray photons; and
An X-ray imaging apparatus configured to perform processing for acquiring image data corresponding to each of the plurality of energy ranges based on the plurality of set energy ranges.
(項目2)
前記処理部は、前記複数のエネルギー範囲において前記X線フォトンのカウント数のばらつきが所定のばらつき範囲内になるように、前記複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている、項目1に記載のX線撮影装置。
(Item 2)
2. The X-ray imaging apparatus according to
(項目3)
前記処理部は、前記複数のエネルギー範囲において前記X線フォトンのカウント数が平均値に対して所定値内に収まるように、前記複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている、項目1に記載のX線撮影装置。
(Item 3)
2. The X-ray imaging apparatus according to
(項目4)
前記処理部は、前記被写体に対応する被写体領域と前記被写体外に対応する被写体外領域とのうち、前記被写体領域の前記X線フォトンのカウント数を取得するとともに、取得した前記被写体領域の前記X線フォトンのカウント数に基づいて、前記複数のエネルギー範囲を設定するように構成されている、項目1~3のいずれか1項に記載のX線撮影装置。
(Item 4)
4. The X-ray imaging device according to any one of
(項目5)
前記処理部は、前記X線検出部により検出された前記X線フォトンの検出結果に基づいて、全エネルギー範囲の画像データ、または、特定のエネルギー範囲の画像データを取得するとともに、取得した前記全エネルギー範囲の画像データ、または、前記特定のエネルギー範囲の画像データに基づいて、前記被写体領域を識別するように構成されている、項目4に記載のX線撮影装置。
(Item 5)
5. The X-ray imaging device according to claim 4, wherein the processing unit is configured to acquire image data of the entire energy range or image data of a specific energy range based on a detection result of the X-ray photons detected by the X-ray detection unit, and to identify the subject region based on the acquired image data of the entire energy range or image data of the specific energy range.
(項目6)
被写体を透過したX線フォトンを検出するステップと、
前記X線フォトンの検出結果に基づいて、前記X線フォトンのカウント数を取得するステップと、
前記X線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定するステップと、
前記複数のエネルギー範囲に基づいて、前記複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応する画像データを取得するステップと、を備える、X線撮影方法。
(Item 6)
detecting X-ray photons transmitted through the object;
acquiring a count number of the X-ray photons based on a detection result of the X-ray photons;
setting a plurality of energy ranges based on the count number of the X-ray photons;
and acquiring image data corresponding to each of the plurality of energy ranges based on the plurality of energy ranges.
(項目7)
前記複数のエネルギー範囲を設定するステップは、前記複数のエネルギー範囲において前記X線フォトンのカウント数のばらつきが所定のばらつき範囲内になるように、前記複数のエネルギー範囲を設定するステップを含む、項目6に記載のX線撮影方法。
(Item 7)
7. The X-ray imaging method according to claim 6, wherein the step of setting a plurality of energy ranges includes a step of setting the plurality of energy ranges such that a variation in the count number of the X-ray photons in the plurality of energy ranges falls within a predetermined variation range.
(項目8)
前記複数のエネルギー範囲を設定するステップは、前記複数のエネルギー範囲において前記X線フォトンのカウント数が平均値に対して所定値内に収まるように、前記複数のエネルギー範囲を設定するステップを含む、項目6に記載のX線撮影方法。
(Item 8)
7. The X-ray imaging method according to claim 6, wherein the step of setting the plurality of energy ranges includes a step of setting the plurality of energy ranges such that the count number of the X-ray photons in the plurality of energy ranges falls within a predetermined value with respect to an average value.
1 X線源
2 X線検出部
4 制御部(処理部)
5 エネルギー範囲画像データ(画像データ)
6 所定のばらつき範囲
100 X線撮影装置
200 被写体
E1~E4 エネルギー範囲
1 X-ray
5 Energy range image data (image data)
6
Claims (6)
前記X線源から照射され、被写体を透過したX線フォトンを検出するX線検出部と、
前記X線検出部の出力を処理する処理部と、を備え、
前記処理部は、
前記X線検出部により検出された前記X線フォトンの検出結果に基づいて、前記X線フォトンのカウント数を取得する処理、
取得した前記X線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定する処理、及び、
設定した前記複数のエネルギー範囲に基づいて、前記複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応する画像データを取得する処理
を行うように構成されており、
前記処理部は、前記複数のエネルギー範囲において前記X線フォトンのカウント数のばらつきが所定のばらつき範囲内になるように、前記複数のエネルギー範囲の各々の始点及び終点を取得して設定するように構成されている、X線撮影装置。 An X-ray source;
an X-ray detection unit that detects X-ray photons irradiated from the X-ray source and transmitted through an object;
a processing unit that processes an output of the X-ray detection unit,
The processing unit includes:
A process of acquiring the count number of the X-ray photons based on a detection result of the X-ray photons detected by the X-ray detection unit;
A process of setting a plurality of energy ranges based on the acquired count number of the X-ray photons; and
The method is configured to perform a process of acquiring image data corresponding to each of the plurality of energy ranges based on the plurality of energy ranges that have been set ,
The processing unit is configured to acquire and set a start point and an end point of each of the multiple energy ranges so that a variation in the count number of the X-ray photons in the multiple energy ranges falls within a predetermined variation range.
前記X線フォトンの検出結果に基づいて、前記X線フォトンのカウント数を取得するステップと、
前記X線フォトンのカウント数に基づいて、複数のエネルギー範囲を設定するステップと、
前記複数のエネルギー範囲に基づいて、前記複数のエネルギー範囲にそれぞれ対応する画像データを取得するステップと、を備え、
前記複数のエネルギー範囲を設定するステップは、前記複数のエネルギー範囲において前記X線フォトンのカウント数のばらつきが所定のばらつき範囲内になるように、前記複数のエネルギー範囲の各々の始点及び終点を取得して設定するステップを含む、X線撮影方法。 detecting X-ray photons transmitted through the object;
acquiring a count number of the X-ray photons based on a detection result of the X-ray photons;
setting a plurality of energy ranges based on the count number of the X-ray photons;
acquiring image data corresponding to the plurality of energy ranges based on the plurality of energy ranges ;
An X-ray imaging method, wherein the step of setting the multiple energy ranges includes a step of obtaining and setting a start point and an end point of each of the multiple energy ranges so that a variation in the count number of the X-ray photons in the multiple energy ranges is within a predetermined variation range .
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