包郵醫(yī)學(xué)圖像處理

作者：聶生東，邱建峰

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2021-12-01

開本：其他頁(yè)數(shù)： 232

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版權(quán)信息
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目錄
節(jié)選

醫(yī)學(xué)圖像處理版權(quán)信息

ISBN：9787030641519
條形碼：9787030641519 ; 978-7-03-064151-9
裝幀：一般膠版紙
冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
重量：暫無(wú)
所屬分類：
教材
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醫(yī)學(xué)

醫(yī)學(xué)圖像處理內(nèi)容簡(jiǎn)介

引進(jìn)國(guó)外優(yōu)選教學(xué)模式，將真實(shí)、典型案例與理論教學(xué)相結(jié)合，引領(lǐng)醫(yī)學(xué)教育教材發(fā)展趨勢(shì)。體現(xiàn)當(dāng)代教育、教學(xué)和課程改革的精神和研究成果，強(qiáng)調(diào)學(xué)科間的聯(lián)系，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合。符合教育部專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)認(rèn)證的需要，滿足教學(xué)和上崗需求。重視實(shí)踐，貼近崗位，緊跟研究生入學(xué)考試、執(zhí)業(yè)資格考試和職稱考試案例分析的命題方向。

醫(yī)學(xué)圖像處理目錄

目錄
**章醫(yī)學(xué)圖像處理概論 1
**節(jié) 概述 1
第二節(jié) 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展 3
第三節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用 7
第二章醫(yī)學(xué)圖像處理基礎(chǔ) 12
**節(jié) 概述 12
第二節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字化 20
第三節(jié) 圖像像素間的關(guān)系 26
第四節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像運(yùn)算 29
第五節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像的灰度直方圖 32
第六節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像的文件類型與格式 35
第三章醫(yī)學(xué)圖像變換 40
**節(jié) 概述 40
第二節(jié) 傅里葉變換 41
第三節(jié) 離散余弦變換 49
第四節(jié) 小波變換 52
第四章醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng) 62
**節(jié) 概述 62
第二節(jié) 灰度變換增強(qiáng) 62
第三節(jié) 直方圖增強(qiáng) 68
第四節(jié) 圖像平滑 75
第五節(jié) 圖像銳化 80
第五章醫(yī)學(xué)圖像分割 91
**節(jié) 概述 91
第二節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像分割基礎(chǔ) 92
第三節(jié) 基于邊緣檢測(cè)的醫(yī)學(xué)圖像分割 93
第四節(jié) 基于閾值處理的醫(yī)學(xué)圖像分割 102
第五節(jié) 基于區(qū)域的醫(yī)學(xué)圖像分割 111
第六節(jié) 基于形態(tài)學(xué)的醫(yī)學(xué)圖像分割 115
第七節(jié) 基于模式識(shí)別的醫(yī)學(xué)圖像分割算法 128
第八節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像分割效果評(píng)價(jià) 133
第六章醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)與融合 137
**節(jié) 概述 138
第二節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)技術(shù) 139
第三節(jié) 常用的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法 147
第四節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的評(píng)估 152
第五節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像融合技術(shù) 153
第六節(jié) 常用的醫(yī)學(xué)圖像融合方法 153
第七節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像融合效果的評(píng)價(jià) 158
第七章醫(yī)學(xué)圖像重建與可視化 162
**節(jié) 醫(yī)學(xué)斷層圖像重建 162
第二節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像重建算法 165
第三節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像的三維可視化 171
第四節(jié) 磁共振圖像的重建 178
第五節(jié) 磁共振Mapping圖像 184
第八章功能磁共振成像及其圖像處理技術(shù) 186
**節(jié) 概述 186
第二節(jié) 血氧水平依賴功能磁共振成像 187
第三節(jié) 磁共振彌散加權(quán)與彌散張量成像 194
第九章人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像處理中的應(yīng)用 207
**節(jié) 概述 207
第二節(jié) 醫(yī)學(xué)圖像處理中的人工智能技術(shù) 207
第三節(jié) 人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像處理中的典型應(yīng)用 221

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醫(yī)學(xué)圖像處理節(jié)選

**章醫(yī)學(xué)圖像處理概論學(xué)習(xí)要求記憶：醫(yī)學(xué)圖像處理的概念、對(duì)象及基本過程。理解：各種醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的圖像特點(diǎn)、不同層次的醫(yī)學(xué)圖像處理。運(yùn)用：醫(yī)學(xué)圖像處理在醫(yī)學(xué)中的發(fā)展與應(yīng)用。 **節(jié) 概述 21世紀(jì)以來(lái)，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)發(fā)展迅速，它將人體蘊(yùn)含的形態(tài)、功能等信息不斷地以圖像的形式呈現(xiàn)出來(lái)。醫(yī)學(xué)圖像在臨床決策過程中的重要性不斷提高，尤其隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，信息學(xué)不斷融入醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)信息呈膨脹式增長(zhǎng)。而醫(yī)院的大型成像設(shè)備均配有圖像處理和功能分析工作站及圖像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)圖像處理在醫(yī)學(xué)影像、醫(yī)學(xué)工程、科學(xué)研究中占有重要地位。案例1-1 X射線成像利用人體組織器官對(duì)X射線的吸收衰減不同來(lái)進(jìn)行投影成像。不恰當(dāng)?shù)钠毓鈼l件會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。通過一定的醫(yī)學(xué)圖像處理手段，可以改善圖像視覺效果。圖1-1為處理前和處理后的胸部X射線片對(duì)比。問題： 1. 何謂醫(yī)學(xué)圖像處理？ 2. 這個(gè)案例中，圖像處理前后，圖像有什么樣的變化？ 3. 醫(yī)學(xué)圖像處理的主要對(duì)象有哪些？圖1-1 處理前（a）和處理后（b）的胸部X射線片對(duì)比一、醫(yī)學(xué)圖像處理概念醫(yī)學(xué)圖像處理是數(shù)字圖像處理的一個(gè)重要分支，數(shù)字圖像處理起源于20世紀(jì)20年代，是將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的技術(shù)，主要應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工程、科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、文化藝術(shù)等領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代初，美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)航天探測(cè)器發(fā)回的月球照片進(jìn)行處理，獲得月球地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，由此，數(shù)字圖像處理逐漸成為一門系統(tǒng)的學(xué)科。隨著放射學(xué)的建立、X射線計(jì)算機(jī)斷層成像（computed tomography，CT）的發(fā)明、計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用也愈加廣泛，在生命科學(xué)研究和疾病的發(fā)展與治療中體現(xiàn)了重要的應(yīng)用價(jià)值，醫(yī)學(xué)圖像處理應(yīng)運(yùn)而生。醫(yī)學(xué)圖像處理是一門綜合了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉學(xué)科，是利用數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)不同醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行具有臨床目的與意義的處理技術(shù)。通過對(duì)獲得的醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行增強(qiáng)、分析、識(shí)別、分類、壓縮等處理，對(duì)感興趣部分進(jìn)行增強(qiáng)或特征提取、重建，使得醫(yī)學(xué)圖像可以更好地應(yīng)用于臨床。二、醫(yī)學(xué)圖像處理過程及主要對(duì)象廣義上講，醫(yī)學(xué)圖像處理是對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行一系列的操作以達(dá)到臨床預(yù)期目的的過程。醫(yī)學(xué)圖像處理的基本過程可以概括為三個(gè)部分：醫(yī)學(xué)圖像的采集、醫(yī)學(xué)圖像的處理、醫(yī)學(xué)圖像的顯示與存儲(chǔ)。（一）醫(yī)學(xué)圖像的采集醫(yī)學(xué)圖像來(lái)源于各種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，借助各種影像接收器收集人體信息，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（analog-to-digital converter，ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便于計(jì)算機(jī)處理與顯示。醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)由于成像原理和設(shè)備不同，成像方式也有所差別，隨著技術(shù)的進(jìn)步，醫(yī)學(xué)成像逐漸由解剖形態(tài)成像向功能分子成像發(fā)展。例如，以解剖形態(tài)成像為主的X射線成像系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)X射線攝影（computed radiography，CR）、數(shù)字X射線攝影（digital radiography，DR）、X-CT、數(shù)字減影血管造影成像（digital subtraction angiography，DSA）、超聲成像（ultrasonography，US）；常見的功能成像系統(tǒng)有磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的功能成像、腦電圖、腦磁圖、單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像（single-photon emission computerized tomography，SPECT）、正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像（positron emission computed tomography，PET）等核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)。除此之外還有可見光、紅外線、激光、微波成像，如光纖內(nèi)鏡成像、顯微鏡成像等。（二）醫(yī)學(xué)圖像的處理根據(jù)臨床需求及圖像處理的對(duì)象和目的不同，醫(yī)學(xué)圖像處理可以分為三個(gè)層次——圖像預(yù)處理、圖像分析、圖像理解，三者是相互關(guān)聯(lián)的，圖像預(yù)處理是更高層次處理的基礎(chǔ)，圖像分析及理解又對(duì)預(yù)處理起到指導(dǎo)作用。圖像預(yù)處理（image preprocessing）是對(duì)輸入圖像進(jìn)行某種映射變換后輸出圖像的處理，主要以圖像像素為處理對(duì)象，是圖像到圖像的變換過程，目的是對(duì)輸入圖像進(jìn)行處理以改善視覺效果、提高信噪比，為更高一級(jí)的圖像處理奠定基礎(chǔ)，或者對(duì)圖像進(jìn)行壓縮以減少存儲(chǔ)空間和縮短傳輸時(shí)間。例如，醫(yī)學(xué)圖像在形成過程中會(huì)受到各種干擾而產(chǎn)生噪聲，對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，降低噪聲，提高圖像的信噪比，可以改善視覺效果；在X射線攝影中，攝影條件不足或過高會(huì)引起圖像亮度偏暗或偏亮，通過對(duì)比度拉伸或直方圖均衡化等處理，以改善圖像的對(duì)比度及亮度，豐富圖像層次。圖像預(yù)處理屬于低層次的圖像處理技術(shù)，操作技術(shù)具體，抽象程度低，一般只涉及圖像像素及空間位置等性質(zhì)的處理，運(yùn)算數(shù)據(jù)量大。圖像分析（image analysis）是對(duì)輸入圖像中感興趣的區(qū)域，即某一特定目標(biāo)的像素子集進(jìn)行處理，以獲得描述該目標(biāo)特征的數(shù)據(jù)，目的是提取感興趣區(qū)域的特征數(shù)據(jù)，建立對(duì)圖像的描述。經(jīng)過圖像分割處理，得到具有不同特征的子圖像，提取出反映目標(biāo)的特征參數(shù)或指標(biāo)，例如，用灰度直方圖作為特征描述圖像的灰度分布的統(tǒng)計(jì)特性；在肺部結(jié)節(jié)的計(jì)算機(jī)輔助診斷中，在圖像預(yù)處理后，進(jìn)行圖像分割將目標(biāo)從背景中分割出來(lái)，根據(jù)需求可以提取目標(biāo)的形態(tài)特征或灰度統(tǒng)計(jì)特性，以鑒別結(jié)節(jié)的良惡性。圖像分析屬于中間層次的圖像處理技術(shù)，通過對(duì)輸入圖像的分割、特征提取等處理，將圖像轉(zhuǎn)變?yōu)樘卣髅枋�，可有效減少運(yùn)算數(shù)據(jù)量。圖像理解（image understanding）是研究用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解釋圖像，實(shí)現(xiàn)類似人類視覺系統(tǒng)理解外部世界的過程，在圖像分析的基礎(chǔ)上，對(duì)提取出來(lái)的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，研究各目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間的關(guān)聯(lián)。目的是利用計(jì)算機(jī)視覺、人工智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等類似人視覺系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等高級(jí)認(rèn)知理論和三維可視化等技術(shù)，對(duì)圖像內(nèi)容的含義進(jìn)行理解，以得到更直觀、更有用的信息，便于輔助檢測(cè)和臨床診斷。圖像理解的數(shù)據(jù)運(yùn)算量雖小，但是涉及類似于人類思維推理的高級(jí)認(rèn)知理論，操作的抽象度高，屬于高層次的圖像處理技術(shù)。（三）醫(yī)學(xué)圖像的顯示與存儲(chǔ) 隨著醫(yī)學(xué)影像的數(shù)字化及計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)（picture archiving and communication system，PACS）實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)影像的數(shù)字化存儲(chǔ)、檢索、傳輸、顯示、處理和打印。醫(yī)學(xué)圖像的顯示以醫(yī)用專業(yè)顯示器為主，醫(yī)學(xué)專用顯示器多為液晶灰度顯示器，性能要求較高�？臻g分辨率是反映顯示圖像細(xì)節(jié)能力的參數(shù)，以顯示像素的總數(shù)量或能區(qū)分兩點(diǎn)間的*小距離來(lái)衡量，像素總數(shù)用百萬(wàn)像素（mega pixel，MP）表述，例如，乳腺圖像要求5MP（2048×2056）顯示器，普通X射線圖像要求3MP（2048×1536）顯示器。診斷工作站通常配備10～12bit的專業(yè)高分辨率顯示器，并配置相應(yīng)專用顯卡，以提供更高的密度分辨率，顯示工作站除用于顯示瀏覽圖像外，也可進(jìn)行窗口技術(shù)分段顯示醫(yī)學(xué)圖像。長(zhǎng)久保存醫(yī)學(xué)圖像，可采用光盤與光盤庫(kù)、磁帶與磁帶庫(kù)、硬盤或磁盤陣列。專用相紙、膠片在醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)、傳遞中也占有一定比重，如醫(yī)院打印的供病人攜帶或保存的DR/CT/MRI等影像膠片。醫(yī)學(xué)圖像處理的對(duì)象來(lái)源于各種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)生成的圖像，本書的闡述主要以醫(yī)學(xué)影像為主，處理的主要對(duì)象為X射線圖像、CT圖像、MRI圖像、超聲圖像以及PET圖像和SPECT圖像等。要正確掌握醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，除了具備算法設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)能力外，對(duì)所要處理的對(duì)象及其特點(diǎn)的了解也是非常必要的。案例1-1 分析討論醫(yī)學(xué)圖像處理是利用計(jì)算機(jī)和一定的數(shù)學(xué)算法，對(duì)生物醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行的具有臨床目的與意義的處理和操作。這個(gè)案例是X射線成像形成的一張胸部X射線片，處理前圖像肺野亮度偏暗，圖像層次不夠豐富，部分肺紋理顯示不清；通過對(duì)圖像進(jìn)行處理，改善了圖像的視覺效果，肺紋理清楚，心影后肺組織可見，為醫(yī)生展示更多的信息。醫(yī)學(xué)圖像處理的對(duì)象為生物醫(yī)學(xué)圖像，這里主要指醫(yī)學(xué)影像，如X射線圖像、CT圖像、MRI圖像、超聲圖像、核醫(yī)學(xué)圖像等。第二節(jié) 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展 1895年德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，使人類首次無(wú)須手術(shù)就能觀察到人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，并很快被用于人體的臨床檢查，X射線圖像為疾病診斷提供了重要依據(jù)。發(fā)現(xiàn)X射線以前，醫(yī)生基本是依靠“望、聞、問、切”等傳統(tǒng)手段對(duì)患者進(jìn)行診斷，主要憑借醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷來(lái)確定診斷結(jié)果，診斷結(jié)果的準(zhǔn)確率與臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)度大。X射線的發(fā)現(xiàn)為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，這是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展史上的里程碑。 1972年，X-CT問世，是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展史的一次重大變革，把醫(yī)學(xué)影像技術(shù)推向多樣化、數(shù)字化，隨之MRI、超聲、核醫(yī)學(xué)設(shè)備以及放射科的數(shù)字化（CR、DR）發(fā)展迅速，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)逐漸成為醫(yī)療工作中的重要手段；介入治療學(xué)（含超聲、核素治療）的興起與發(fā)展、放射治療學(xué)的發(fā)展，擴(kuò)大醫(yī)學(xué)影像技術(shù)臨床應(yīng)用范圍的同時(shí)，也可以對(duì)某些疾病進(jìn)行治療，這共同促成診治兼?zhèn)涞默F(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)，形成了較完整的學(xué)科體系。近30年來(lái)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)迅速發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)進(jìn)入全面數(shù)字化時(shí)代，成像板（IP）、平板探測(cè)器（FPD）等X射線探測(cè)器的發(fā)展和應(yīng)用，使X射線成像由傳統(tǒng)的膠片轉(zhuǎn)向無(wú)膠片數(shù)字化，DR的雙能量減影、組織均衡、體層融合等圖像處理技術(shù)不斷應(yīng)用于臨床；CT由早期單純的頭顱CT發(fā)展為多層螺旋CT，實(shí)現(xiàn)容積數(shù)據(jù)的采集，掃描速度和圖像質(zhì)量已經(jīng)不可同日而語(yǔ)，除了常規(guī)的斷層掃描外，現(xiàn)代CT可以進(jìn)行圖像三維重建、仿真內(nèi)鏡、計(jì)算機(jī)斷層血管成像（computed tomography angiography，CTA）、能譜成像、灌注成像，在一定程度上可反映組織的功能代謝；MRI梯度磁場(chǎng)線圈的改進(jìn)大大提高了其檢查速度，從早期的永磁體、低場(chǎng)強(qiáng)逐漸發(fā)展為超導(dǎo)、超高場(chǎng)強(qiáng)，磁共振血管成像、水成像、彌散成像等在臨床中應(yīng)用愈加廣泛，同時(shí)功能磁共振成像、磁共振波譜成像發(fā)展迅速。PET-CT、PET-MRI等多成像技術(shù)的融合、分子探針技術(shù)的發(fā)展，將醫(yī)學(xué)影像推向細(xì)胞分子水平的分子影像發(fā)展。一、X射線成像技術(shù) 作為一種傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，X射線成像*早應(yīng)用于臨床，其主要內(nèi)容包括普通X射線成像（透視、攝影）和造影檢查技術(shù)。 X射線成像技術(shù)經(jīng)歷一百多年的發(fā)展，由*初單一的模擬X射線攝影發(fā)展到X射線透視、數(shù)字X射線攝影、全數(shù)字化乳腺X射線攝影、DSA等多種診斷和治療模式，由模擬成像進(jìn)入數(shù)字化成像，臨床應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，工作效率、圖像質(zhì)量不斷提升。 X射線成像是利用X射線的特性，根據(jù)臨床要求，對(duì)患者實(shí)施操作，以顯示人體內(nèi)的結(jié)構(gòu)和病變的技術(shù)。其成像方式是投影，X射線束穿過人體，會(huì)被人體不同密度和厚度的組織吸收衰減，形成具有一定對(duì)比度的圖像。X射線圖像空間分辨率高，能夠顯示人體組織和疾病的解剖形態(tài)，但它的成像是將三維空間的物體投影到一個(gè)二維平面，造成了厚度方向上組織信息的重疊，某些細(xì)節(jié)會(huì)因此丟失。X射線圖像是被檢部位所有組織的重疊影像，這也是X射線成像技術(shù)發(fā)展的一個(gè)限度瓶頸。但X射線成像是一種簡(jiǎn)便、易行的常用檢查方法，在臨床中仍有大量應(yīng)用，占據(jù)了醫(yī)學(xué)影像科中近50%的工作任務(wù)。二、CT成像技術(shù) 20世紀(jì)70年代英國(guó)工程師Hounsfield成功研制**臺(tái)CT機(jī)，于1979年與創(chuàng)立CT重建理論的美國(guó)科學(xué)家Cormack共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，這是歷史上**次諾貝爾獎(jiǎng)由工程技術(shù)人員獲得，CT對(duì)整個(gè)世界的影響可見一

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