MedicalImage9医学图像分割基于区域的分割课件

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维修电工在实训教学中面临的问题,当前很多技工学校还是采用传统意义上的教学模式,按照统一的教学计划与教学大纲执行课程教学,而学生也必须按照教师所采用的教学方式来切实完成教学任务。但随着社会的飞速发展,对技工学校的学生的自主能力、综合素质以及创新能力提出了更高的要求。因此,在维修电工的教学课程中,尤其是目前实训教学还有一定的问题,从而制约了学生的动手实践能力。,1.1传统的教学模式难以激发学生的学习兴趣,传统的教学模式过于依赖课堂教学上只是体系的教授,但技工学校的教学应更加注重学生对教学的应用。因此,如果学校教学如果不重视学生对知识的应用和动手操作能力的培养,就容易让学生逐渐失去实际操作的本领。,因此,在现代技工学校教学中存在严重的理论教学与实训教学在内容与时间上的脱节问题,长此以往就会造成实践无法有效地运用理论知识,所以学生就会对维修技工失去学习兴趣,进而无法保证教学的质量。,1.2传统的实习训练的内容与方式较为陈旧,目前,大多学校在进行维修电工教学时仍然沿用陈旧的教学模式,例如二极管与三极管的测试、定律定理的验证、简单电路的焊接等内容,但是却缺少新技术与新器件,难以吸引学生的注意力。从某种程度上看,这种教学方式虽然涵盖的知识面很广,但其知识点较为零散,因此整个教学与实际运用之间没有很好地联系,以致课程教学缺乏相应的主线。另外,传统的教学模式导致很多学生在实训教学中的动手能力相对较差,无法完成独立性的操作,从而无法激发学生在实训教学中的自主创新力。,1.3实习训练的设备不足,今年来,随着教育事业的发展,技工学校也在不断加大招生的力度,但在实训教学的硬件设施方面却没有很好的跟进,因此造成教学实训设备的老旧、紧张,同时还存在场地不足的现象。在实训教学中,学生可以按照小组的形式开展实践操作,所以会导致一部分学生没有亲自动手操作的机会,久而久之学生的实际操作技能就无法得到有效地提高,会直接影响到维修电工实训教学的质量。,2 改革维修电工的有效实训教学策略,对学生自主施加能力的培养,关键在于发展学生的个性。要想有效提高学生的综合素质水平,就必须要着重培养学生对学习问题的提出、分析与解决的能力,从而在解决问题的过程中获得新知识。一位优秀的教师应该是引导学生发现知识与真理的,而不是将知识与真理教授给学生。所以说,谈就想的学习方式可以充分发挥学生的学习主体作用,从而培养学生的观察、动手以及科学探究的能力,有效锻炼和培养对信息的传递、获取与处理的能力,还有团结协作与分析判断的能力,只有这样才能真正培养学生的创新意识与创造才能,切实改革维修电工的实训教学,最终有效培养并发展学生自主实践力的目标与方向。,2.1实行开放式的实践教学,在现代化教学中,技工学校的教学必须要实现开放式的实践教学,其实训教学的内容必须要根据不同学生的个人实际情况来自主安排,让学生成为实训教学真正的学习主体,将实训教学充分调动学生的学习主动性与积极性。此外,在教学评价体系上也要实行相应的课程学分制,将装也课程划分为必修、普修和选修课三大类,只要学生修满每一门课的学分就表示这门课程合格。而实训的教学课程应该有效按照项目教学方法或者教学模块来组织实训的教学课题,在实际教学汇总要充分了解学生的学习需求、特点及兴趣,从而进行有效的学习在对学生实行开放式的教学与评价时,不管是在实训的内容、时间或者次数上都要具有一定的弹性、针对性和灵活性,从而有效培养学生的实践自主能力。,2.2建立并完善对学生实践能力的考核标准,实训教学和理论教学应该是一样的建立有效理的考核制度:第一,要针对教师进行一定的考核,主要是考核教师的实训教学大纲是否科学、合理,教学计划是否完成,还有实训教学的目标和预期的教学效果是否真正达到等。与此同时,考核制度一定要做到公正、公平、公开,尽可能避免或减少人为因素的影响。第二,要针对学生的实践能力进行必要的考核,将考核的重点放在岗位的职业技能和职业能力的鉴定上,使鉴定的标准尽可能地符合国家相关职业资格的鉴定,从而有效随进维修电工教学的有效性。在实际实施和操作的过程中,应有效开展西欧那个和性与阶段性操作评价的有效结合,在此基础上进行合理的教学考核,从而更科学、全面地评定学生的实践能力,保证维修电工实训教学的质量,从而更好地促进了学生的个人发展。,2.3实行设计性与综合性的实习训练,维修电工的教学是要建立在实训教学的基础之上的学科,因此很过规律及概念都要开展相应的实训教学,但目前大多技工学校开张的实训教学内容都是实验性的,难以锻炼学生的自主操作能力,没有一定的教学保障但随着电子技术与科技的发展进步,新的产品、技术和工艺不断涌现出来,新知识也在不断地更新,因此实训教学就需要结合维修电工的专业需求,有效调整其实训教学的内容,是当地融入新知识点,改变原有的实验性教学,而是向设计性、综合性的实训教学方向发展。与此同时,还要在维修电工的实训教学中有效运用多媒体教学手段,从而增加实训教学的时代性、趣味性。例如,在实训教学中可以添加电子时钟、晶体管收音机的安装,或者开展一定的调试实训等,在创新教学中增加新教学环节,更好地极大学生对实训教学的学习兴趣,从而提高实训教学的质量。,3 充分利用实训教学来激发学生对理论知识的学习兴趣,兴趣是一切学习的动力和源泉。所以,在实训类的教学中教师应该从教学实践出发,有效地组织学生进行实践操作,积极主动地参加课外活动,从而锻炼和培养学生的自主操作和创新的能力。活动的方式与内容要丰富多彩,教师要利用教学实践充分调动学生的学习积极性和主动性,更好地体现学生在实训教学中的主体地位,教师要给予学生适当的帮助,改善传统意义上单一的教学和学习模式,最终激发学生对维修电工理论知识的学习兴趣,让学生有效了解和掌握专业知识与技能,促进学生的发展。,4 总结,实训教学是对学生职业技能的有效培养和检测,能够通过学生的亲自操作,有效将理论知识与操作技能结合在一起,从而激发学生学习的积极性,促进学生对专业只是与技能的了解和掌握,进一步提高学生自身的综合素质,利于教学的开展,最终达到技工教学的目标,让学生更好地适应未来社会的发展需求。,内地西藏学生是特殊的教育群体,思想政治课教学要求“通过启发学生勇于提问和指导学生开展研究、讨论、辩论等方式,给予学生充分表达自己学习见解的机会,调动学习积极性。”针对西藏班的学生,案例教学是一个很好的课堂手段。在教学过程中普遍采用鲜活的例子,调动西藏班学生在课堂上发言和讨论,在交流中获得知识,从而提高学习能力,掌握所学内容。该文结合该研究者五年的西藏班教学实践,进行了一些思考。,传统的教学主要是以课堂讲授为主,学生的思维主要是演绎过程,即由一般到个别的过程,这种教学的最大优点是有助于学生在一定时间内快速系统地掌握知识,有利于教学目标的完成,但在某种程度上没有做到充分探究发掘学生的个体能力。,教学有法,但无定法,贵在得法。与传统教学相比较,案例教学是以实用主义哲学为基础的,它的出现是对教育领域形式主义学习方法的反叛,从教学目标入手,在课堂上能够从案例中了解生活,积极讨论发言,让学生学会思考和面对问题提升解决问题的能力,让学生在活生生的例子中能够体会,从而得到在传统教学较少体会的感受和认知,提升学习兴趣和增进掌握知识的动力。,在西藏班思想政治课案例教学课堂上,针对内地西藏学生不同的知识背景和汉文化基础相对薄弱的特点,通过实践,笔者初步探索出三个基本操作环节,即提出问题,引导激发;分析问题,讨论交流;解决问题,总结升华。,第一,提出问题,引导激发。,面对西藏班学生不同的经济生活背景,在课堂上用生动形象的语言或运用多媒体技术,将案例转换成图像、声音等形式呈现,加强学生对案例的感性认识,或由学生表演案例中的情节和内容,这样会更增加案例对学生的吸引力。,第二,分析问题,讨论交流。,西藏班学生非常乐意接受分组学习形式。将学生随机分组,或者按照西藏班学生的家乡分组,比如山南组、拉萨组、日喀则组等,都是他们喜爱的课堂分组形式,每组可以选派一个组长来实施具体讨论与总结记录等,只要其理由充分,每种讨论的意见都是允许的。在小组讨论时,教师要参与到各组的讨论中进行引导。这同时也加深了师生感情和藏汉民族团结。,第三,解决问题,总结升华。,这个环节可以大大提升学生的思维能力。一个案例可以允许存在多种正确的解决办法,重在说明处理的理由。只有把讲评重点放在学生讨论的质量上、思路上,才能真正有助于提高能力。在课堂实际教学中无论哪个案例都可以进行充分的发言和探索。引导学生对自己的分析案例、参与情况进行总结。实际上总结过程就是学生和老师的反思过程。,案例教学是思想政治课实践教学的一个重要组成部分,在具体的实施过程中还要注意以下几个方面的问题。,第一,课堂上以学生发言讨论为主。,学生才是课堂的主体。由于面对的是具有西藏生活背景的学生,只有充分掌握西藏学生的特点,才能在教学过程中有的放矢;其次要尊重学生,建立民主、平等的关系,融通教育精神,让教育如对话、如散步、如携手同行,走进学生心灵,善待学生。让学生在课堂教学中有了自己的思维与活动的时间和空间,将自己的体验与兴趣结合起来,将自己的方法、价值观与知识的获取结合起来,“内化”为自己的理解,在解决实际问题中,将知识“外化”,形成解决问题的方案,实现自我反馈。正如苏霍姆林斯基所说:“人的心灵深处,都有一种根深蒂固的心灵需要:感受到自己是一个发现者、研究者、探索者”。,第二,充分结合使用多媒体教学手段。,这里的现代教学技术主要指在案例教学过程中教师所采用的各种教学手段、教学设备、教学媒体的统称。在传统的教学中,由于倾向于以“教”为中心,而在案例教学中,由于更多强调的是学生的“学”,强调学生的“讨论”,因此教学媒体也应当主要是以方便创新建构情境,进行协作式学习和讨论交流为核心,通过现代教学技术在课堂上展现图文并茂的电子材料等,使学生通过画面,产生强烈的视觉形象,理解抽象的概念,激发学习兴趣,使教学由平面走向立体。因此,案例教学就有可能取得较好的教学效果。,第三,教师主导课堂引领思考。,在案例教学中,学生的主体作用固然非常重要,但也不能否认教师的外部引导,如果没有教师的“导”,案例的讨论随时都会发生意想不到的后果,因此,教师除了课前要认真钻研教材、研究学生外,关键要做好“导”字。案例教学中教师不再是知识的传授者,也不是教材和考试的注解者,他应该发挥着一个“助产士”的作用5。首先教师要具有良好的素质,不仅要具有广博的基础知识,深厚的专业知识,还要有渊博的教育学、心理学知识,较强的应变和判断能力,理论与实践的贯通融合能力。其次教师在课前要做好充分的准备,将一些表面观点的分歧引向纵深,引导学生剥去案例中非本质的细节,以逐步提高案例教学的质量。,实践证明,对于内地西藏班学生实施教学,一次较好的案例分析教学活动,恰似一次成功的“现场实习”。它可以启发学生的学习思路,综合运用所学知识,加深对知识的理解与掌握,培养他们思考问题、分析问题和解决问题的能力。所以,案例教学法的应用,既是思想政治课程内容上的改革,又是教学方法上的改革,教师一定要积极探索,充分发挥案例教学法的应有作用,为思想政治课案例教学模式的积极推进做出努力。,MedicalImage9医学图像分割基于区域的分割Medi,医学图像处理,信自学院生医系,2,医学图像处理信自学院生医系2,4.1,图像分割概述,4.2,间断检测,4.3,边缘连接和边界检测,4.4,阈值分割法,4.5,基于区域的分割,4.6,数学形态学图像处理,第四章 医学图像分割,3,4.1 图像分割概述第四章 医学图像分割3,4.5,基于区域的分割,4.5.1,基本概念,4.5.2,区域生长,4.5.3,区域分裂与合并,4,4.5 基于区域的分割4,4.5.1,基本概念,目标:将区域,R,划分为若干个子区域,R,1,R,2,R,n,,这些子区域满足,5,个条件:,1),完备性:,2),连通性:每个,R,i,都是一个连通区域,3),独立性:对于任意,i,j,,,R,i,R,j,=,5,4.5.1 基本概念目标:将区域R划分为若干个子区域R1,R,4.5.1,基本概念,4),单一性:即任何区域满足如下谓词(例如每个区域内的灰度级相等),P,(,R,i,),= TRUE,,,i = 1,2,n,5),互斥性:任何两个相邻区域不能合并成单一区域(例如任两个区域的灰度级不等),必满足谓词:,P,(,R,i,R,j,),= FALSE,,,ij,一致性谓词,P,定义了在区域,R,上的所有点与区域模型的相似程度。,6,4.5.1 基本概念6,4.5.2,区域生长,区域生长技术利用原理:同类象素具有相似性。,对每一象素定义对应的特征向量,其中,,都是与(,i, j,)有关的性质,如灰度值、梯度幅值、是否为边缘点等,7,4.5.2 区域生长区域生长技术利用原理:同类象素具有相似性,4.5.2,区域生长,衡量两个象素(,i, j,)(,k, l,)是否为同类可以通过比较它们的特征向量是否具有相似性来确定,.,比较,或,若,A (i, j, k, l),或,L (i, j, k, l),足够小即认为象素是相似的(即为同类)。,8,4.5.2 区域生长衡量两个象素(i, j)(k, l)是否,4.5.2,区域生长,1.,单一型链结的区域生长,2.,混合型链结的区域生长,3.,登山算法,4.,分水岭算法,9,4.5.2 区域生长1. 单一型链结的区域生长9,4.5.2,区域生长,1.,单一型链结的区域生长,算法实现:,1,)根据图像的不同应用,选择一个或一组,种子,,它或,者是最亮或最暗的点,或者是位于点簇中心的点。,2,)选择一个相似性准则。,(,生长条件,),(,灰度级、 彩色、 纹理、 梯度等特性相似,),3,)从该种子开始向外扩张,不断将与集合中各个像,素连通、且满足相似性准则的像素加入集合。,4,)上一过程进行到不再有满足条件的新结点加入集,合为止。(,终止准则,),10,4.5.2 区域生长1.单一型链结的区域生长10,4.5.2,区域生长,1.,单一型链结的区域生长,区域,A,区域,B,种子像素,种子像素,11,4.5.2 区域生长1. 单一型链结的区域生长 区域A 区域,4.5.2,区域生长,1.,单一型链结的区域生长,上图给出一个简单的例子。此例的,相似性准则,是邻近点(,4,邻域)的灰度级与物体的平均灰度级的差小于,2,。图中被接受的点和起始点均用下划线标出, 其中(,a,)图是输入图像;(,b,)图是第一步接受的邻近点; (,c,)图是第二步接受的邻近点; (,d,)图是从,6,开始生成的结果。,12,4.5.2 区域生长1. 单一型链结的区域生长上图给出一个简,举例:一幅图像背景部分的均值为,25,,方差为,625,,在背景上分布着一些互不重叠的均值为,150,,方差为,400,的小目标。设所有目标合起来约占图像总面积的,20%,,提出,1,个基于区域生长的分割算法将这些目标分割出来。,13,举例:一幅图像背景部分的均值为25,方差为625,在背景上分,算法描述,从左至右,从上至下扫描图像。,若扫描到灰度值大于,150,的象素,取为种子点,进行区域生长。,生长准则为将相邻的灰度值与已有区域的平均灰度值的差小于,60,(,3,)的象素扩展进来。,若不能再生长,标记已生长区域。,若扫描到图像右下角,结束;否则回到,继续。,说明,14,算法描述从左至右,从上至下扫描图像。说明14,4.5.2,区域生长,2.,混合型链结的区域生长,考虑象素的邻域,在此邻域上定义象素的特性矢量,特性矢量接近的两个象素相似。,(,1,) 邻域分享技术:研究某象素的邻域,作出,相似邻域表,。如果两个象素在对方的相似邻域表中,且表中有足够多的象素,则可将二者连接。,S,值小则可以连接。,(,2,)依赖边缘确定两象素是否可以连接。,定义两个象素特征矢量可用(,x,,,a,)、(,y,,,b,)表示,,x,,,y,为两者的灰度,,a,,,b,为两者的邻域灰度均值,相似性为,S,,则,为非负的权值,思考题,15,4.5.2 区域生长2. 混合型链结的区域生长考虑象素的邻域,4.5.2,区域生长,3.,登山算法,(1),灰度极大值点作为中心点;,(2)16,个等角度间隔方向上检测斜率值最大的点作为边缘点;,(3),以,16,个边缘点作为种子点进行区域生长。,16,4.5.2 区域生长3. 登山算法(1)灰度极大值点作为中心,4.5.2,区域生长,区域生长算法的优点:,计算简单,特别适用于分割小的结构如肿瘤和伤疤,区域生长也很少单独使用,往往是与其他分割方法一起使用。,区域生长的缺点:,有时需要人工交互以获得种子点,这样使用者必须在每个需要抽取出的区域中植入一个种子点。,对噪声敏感,导致抽取出的区域有空洞或者将原本分开的区域连接起来。,17,4.5.2 区域生长区域生长算法的优点:17,4.5.2,区域生长,4.,分水岭算法,分水岭,(,watershed,,,也称分水线,/,水线,),把图像看成,3-D,地形的表示,即,2-D,的地基(对应图像空间)加上第,3,维的高度(对应图像灰度),计算过程是串行的,得到的是目标的边界,18,4.5.2 区域生长4. 分水岭算法分水岭(watersh,建立不同目标间的分水岭,谷底孔,分水岭,三类点:,(,a,)属于局部性最小值的点;,(,b,)当一滴水放在某点的位置上时,水一定会下落到一个单一的最小值点;,(,c,)当水处于某点位置上时,水会等概率流向不止一个这样的最小值点。,19,建立不同目标间的分水岭谷底孔分水岭三类点:19,4.5.2,区域生长,4.,分水岭算法,图像最初,在一个低灰度值上二值化,。该灰度值把图像分割成正确数目的物体,但它们的边界偏向物体内部。随后阈值逐渐增加,,每一次增加一个灰度级,。物体的边界将随着阈值增加而扩展。当边界相互接触时,这些物体并没有合并。因此,这些,初次接触的点变成了相邻物体间的最终边界,。这个过程在阈值达到背景的灰度级之前终止一 也就是说,在被恰当分割的物体的边界正确地确定时终止。,20,4.5.2 区域生长4. 分水岭算法 图像最初在一个低灰度值,待分割图像,f,(,x,y,),,其梯度图像为,g,(,x,y,),用,M,1,M,2, ,M,R,表示,g,(,x,y,),中各局部极小值的象素位置,,C,(,M,i,),为与,M,i,对应的区域中的象素坐标集合。,用,n,表示当前灰度阈值,,T,n,代表记为,(,u,v,),的象素集合,,g,(,u,v,) ,n,,,对,M,i,所在的区域,其中满足条件的坐标集合,C,n,(,M,i,),可看作一幅二值图像,分水岭计算步骤,21,分水岭计算步骤21,22,22,用,C,n,代表在灰度阈值为,n,时图像中所有满足条件的象素,C,max + 1,将是所有区域的并集,C,n, 1,是,C,n,的子集,,C,n,是,T,n,的子集,所以,C,n, 1,又是,T,n,的子集,23,用Cn代表在灰度阈值为n时图像中所有满足条件的象素 2,令,Q,代表,T,n,中的连通组元集合,对每个连通组元,q,Q,n,,有,3,种可能性:,(1),q,C,n, 1,是,1,个空集,(2),q,C,n, 1,里包含,C,n, 1,中的一个连通组元,(3),q,C,n, 1,里包含,C,n, 1,中一个以上的连通组元,分别处理:,(1),C,n,可由把连通组元,q,加到,C,n, 1,中得到,(2),C,n,可由把连通组元,q,加到,C,n, 1,中得到,(3),需要在,q,中建水坝,24,24,基于形态学分水岭的分割水坝的构造,(,a,)在第,n-1,个阶段淹没的汇水盆地的两个部分,(,b,)淹没的第,n,个阶段,显示出两个盆地间的水已经溢出,(,c,)用于膨胀的结构元素(数学形态学方法),(,d,)扩展的结果和水坝的构造,25,基于形态学分水岭的分割水坝的构造(a)在第n-1个阶段淹,原始图 阈值分割 分水岭 叠加轮廓,补充题,26,补充题26,分水岭算法不是简单地将图像在最佳灰度级进行阈值处理,而是从一个偏低但仍然能正确分割各个物体的阈值开始。然后随着阈值逐渐上升到最佳值,使各个物体不会被合并。这个方法,可以解决那些由于物体靠得太近而不能用全局阈值解决的问题。,只要也只有所采用最初的阈值进行分割的结果是正确的,那么,最后的分割也是正确的。也就是说,图像中每个实际物体都有相应的边界。,最初和最终的阈值灰度级都必须很好地选取,。如果初始的阈值太低,那么低对比度的物体开始时会被丢失,然后随着阈值的增加就会和相邻的物体合并。如果初始阈值太高,物体一开始便会被合井。最终的阈值决定了最后的边界与实际物体的吻合程度。本章中讨论的阈值选择方法在确定这两个值时很有用。,27,分水岭算法不是简单地将图像在最佳灰度级进行阈值处理,而是从一,4.5.3,区域分裂与合并,算法实现:,1,)对图像中灰度级不同的区域,均分为四个子区域,2,)如果相邻的子区域所有像素的灰度级相同,则将其合并,3,)反复进行上两步操作,直至不再有新的分裂与合并为止,28,4.5.3 区域分裂与合并算法实现:28,4.5.3,区域分裂与合并,算法实现:,29,4.5.3 区域分裂与合并算法实现:29,4.5.3,区域分裂与合并,算法实现(实际应用中还可作修改):,P(R,i,),的定义为:,1,)区域内多于,80%,的像素满足不等式,|z,j,-m,i,|=2,i,,,其中:,z,j,是区域,R,i,中第,j,个点的灰度级,,m,i,是该区域的平均灰度级,,i,是区域的灰度级的标准方差。,2,)当,P(R,i,)=TRUE,时,将区域内所有像素的灰度级置为,m,i,。,30,4.5.3 区域分裂与合并算法实现(实际应用中还可作修改):,4.5.3,区域分裂与合并,在区域合并方法中,输入图像往往先被分为多个相似的区,域,然后类似的相邻区域根据某种判断准则迭代地进行合并。,在区域分裂技术中,整个图像先被看成一个区域,然后区域不断被分裂为四个矩形区域,直到每个区域内部都是相似的。,在区域的分裂合并方法中,先从整幅图像进行分裂,然后将相邻的区域进行合并。,分裂合并方法不需要预先指定种子点,它的研究重点是分裂和合并规则的设计。但是,分裂可能会使分割区域的边界被破坏。,31,4.5.3 区域分裂与合并在区域合并方法中,输入图像往往先被,正态分布时区间(,-1,+1,)的面积占总面积的,68.27%,;,正态分布时区间(,-1.96,+1.96,)的面积占总面积的,95%,;,正态分布时区间(,-2.58,+2.58,)的面积占总面积的,99%,。,32,正态分布时区间(-1,+1)的面积占总面积的68.,思考题,33,思考题33,34,34,35,35,作业,1,、对下图用区域生长法进行分割,其中画线象素为种子点,令新生长进区域的象素灰度为种子点灰度。分别用门限,T=2,3,7,进行,4,连通区域生长,写出三种不同的结果。,返回,36,作业1、对下图用区域生长法进行分割,其中画线象素为种子点,令,补充题,对下图显示的一维灰度级交错部分逐步写出构造水坝的实现步骤。在每一步说明交错的部分,说明水位和水坝的形成过程。,37,补充题对下图显示的一维灰度级交错部分逐步写出构造水坝的实现步,右图显示水坝形成过程,38,右图显示水坝形成过程38,谢谢,46,、我们若已接受最坏的,就再没有什么损失。,卡耐基,47,、书到用时方恨少、事非经过不知难。,陆游,48,、书籍把我们引入最美好的社会,使我们认识各个时代的伟大智者。,史美尔斯,49,、熟读唐诗三百首,不会作诗也会吟。,孙洙,50,、谁和我一样用功,谁就会和我一样成功。,莫扎特,谢谢46、我们若已接受最坏的,就再没有什么损失。卡耐基,
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