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文檔簡(jiǎn)介
醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)第四章數(shù)字X線設(shè)備
學(xué)習(xí)目標(biāo)
一、掌握X線計(jì)算機(jī)攝影的基本結(jié)構(gòu)及成像原理。二、掌握數(shù)字?jǐn)z影裝置的基本結(jié)構(gòu)和成像原理。三、孰悉數(shù)字減影血管造影像裝置的基本結(jié)構(gòu)和對(duì)設(shè)備的特殊要求。
目錄
一、概述二、計(jì)算機(jī)X線攝影裝置三、數(shù)字X線攝影裝置
第一節(jié)概述第一節(jié)概述
數(shù)字X線成像設(shè)備是指X線透射圖像數(shù)字化并進(jìn)行圖像處理再變成模擬圖像顯示的一種設(shè)備。數(shù)字X線成像與傳統(tǒng)增感屏、膠片成像的比較1.對(duì)比度分辨率高2.動(dòng)態(tài)范圍廣、曝光容度寬3.輻射劑量小4.圖像后處理功能強(qiáng)5.可利用大容量存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)字圖像,并可方便接入PACS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像的存儲(chǔ)、傳輸和診斷。6.數(shù)字X線設(shè)備的空間分辨力(約為20~40LP/cm)不如屏-膠組合(理論值為50~70LP/cm)的高。第一節(jié)概述第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備一、基本組成CR主要由信息采集、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息存儲(chǔ)和記錄等部份組成第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備信息采集:IP代替膠片,以潛影的形式記憶X線圖像信息轉(zhuǎn)換:由影像讀取裝置實(shí)現(xiàn),將潛影變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)信息處理:由計(jì)算機(jī)完成,對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行各種相關(guān)后處理信息存儲(chǔ)和記錄:利用存儲(chǔ)媒介如光盤(pán)等激光相機(jī)打印CT掃描機(jī)主要由硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)兩大部分組成第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備二、CR工作原理:用存儲(chǔ)屏記錄X線影像,通過(guò)激光掃描使存儲(chǔ)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào),此光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電倍增管轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)處理,形成高質(zhì)量的數(shù)字圖像。第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備三、影像板(一)影像板結(jié)構(gòu)表面保護(hù)層光激勵(lì)發(fā)光熒光層(PSL)基板背面保護(hù)層第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備表面保護(hù)層:聚酯樹(shù)脂類(lèi)纖維制成,能彎曲、耐磨損、透光性好。保護(hù)熒光層不受外界溫度、濕度和輻射的影響。涂布蘭色濾光層,提高清晰度第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備熒光成像層:用多聚體溶液把微量的二價(jià)銪的氟鹵化鋇晶體相互均勻結(jié)合涂布而成。
它把第一次照射光的信號(hào)記錄下來(lái),當(dāng)再次受到光刺激時(shí),會(huì)釋放存儲(chǔ)的信號(hào).(摻入二價(jià)銪Eu2+的氟囟化鋇BaFXEu2+X=Cl、Br、I)第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備基板:聚酯樹(shù)脂類(lèi)纖維制成。保護(hù)熒光物質(zhì)層免受外力損傷。顏色:黒色第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備
背面保護(hù)層:材料與表面層相同,避免IP在使用過(guò)程中的摩擦。第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備
(二)影像板工作原理
射入IP板的X線光子被IP熒光層內(nèi)輝盡性熒光體(PSL)吸收,釋放出電子,其中部分電子散布在熒光體內(nèi)呈半穩(wěn)定態(tài),形成潛影,完成X線信息的采集和存儲(chǔ)。激光掃描IP板,發(fā)生光激發(fā)輝盡現(xiàn)象(光致發(fā)光現(xiàn)象),發(fā)出的熒光強(qiáng)度與第一次激發(fā)時(shí)X線的能量成正比,完成光學(xué)影像的讀出。第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備(三)特性1.發(fā)射光譜與激發(fā)光譜由IP受激發(fā)而釋放出的光子波長(zhǎng)與光強(qiáng)的關(guān)系稱(chēng)為發(fā)射光譜。最強(qiáng)波長(zhǎng)為390~400nm。PSL強(qiáng)度與讀取光波波長(zhǎng)的關(guān)系曲線稱(chēng)為激發(fā)光譜。最強(qiáng)在600nm左右。2.時(shí)間響應(yīng)當(dāng)停止用激光照射熒光物時(shí),PSL強(qiáng)度按其衰減規(guī)律逐漸終止。IP的PSL強(qiáng)度衰減速度很快,不會(huì)發(fā)生采集和讀出信息的重疊。3.動(dòng)態(tài)范圍直線性特大寬容度1:10000可以精確地檢測(cè)到每一種組織間極小X線吸收差異第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備4.存儲(chǔ)信息的消退X線激發(fā)IP后,潛影存儲(chǔ)于熒光體中,在讀取前一部分電子隨時(shí)間延長(zhǎng)將逃逸從而使第二次激發(fā)時(shí)的熒光強(qiáng)度減少,稱(chēng)為存儲(chǔ)信息的消退。IP消退很微弱,8h減少25%。受時(shí)間、溫度影響。第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備5.天然輻射的影響來(lái)自建筑物上固定裝置、天然放射性元素、宇宙射線、IP板上微量放射性元素。IP不僅對(duì)X線敏感,對(duì)其他電磁波也敏感,如紫外線、γ射線、α射線β射線及電子線等。長(zhǎng)期存放會(huì)產(chǎn)生小黑斑。使用前必須激光擦除。第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備(四)使用注意事項(xiàng)
1.選用較大得IP來(lái)記錄X線影像,大大減少膠片尺寸的選擇次數(shù)。2.IP再次使用時(shí),最好重作一次光照射,以消除潛影。3.由于IP的熒光物質(zhì)對(duì)X線得敏感度高,要求很好的屏蔽。第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備四、讀取裝置(一)結(jié)構(gòu)1.暗盒型讀取裝置:將IP置入常規(guī)X線攝影暗盒類(lèi)似的盒內(nèi),它可替代常規(guī)攝影暗盒在任何X線機(jī)上使用。2.無(wú)暗盒型讀取裝置:IP在X線曝光后直接被傳送到激光掃描和潛影消除處理,供重復(fù)使用。第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備
(二)讀取裝置原理:第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備
讀出原理:(1)用一束微弱的激光粗掃IP,并立即算出讀出圖像的直方圖(2)自動(dòng)調(diào)整光電倍增管的靈敏度及放大器的增益,再用高強(qiáng)度激光精細(xì)地讀出潛影,并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,經(jīng)過(guò)各種圖像處理,獲得最佳的適合于診斷的數(shù)字X線圖像。第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備
(三)影響圖像質(zhì)量好壞的因素1.激光束的直徑:越小越好2.光電及傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲3.數(shù)字化的影響取樣頻率低-“馬賽克”偽影量化級(jí)數(shù)少-“等高線”偽影一般數(shù)字化取樣間隔為0.1~0.2mm像素的灰度級(jí)為8bit時(shí),就可獲得較滿(mǎn)意的數(shù)字圖像五、計(jì)算機(jī)圖象處理
1.圖象處理環(huán)節(jié)圖像讀出過(guò)程的處理:圖像讀出靈敏自動(dòng)設(shè)定,圖度自動(dòng)獲得最佳密度和對(duì)比度圖像。圖像顯示圖像過(guò)程的處理:顯示圖像的特殊處理,以獲得較高診斷價(jià)值的圖像,也稱(chēng)后處理。圖像存儲(chǔ)和記錄過(guò)程的處理:在不影響圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上壓縮圖像,并可進(jìn)行保存和傳輸。還可用激光相機(jī)打印出圖像。第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備2.圖象讀出靈敏度自動(dòng)設(shè)定為在不同X線劑量下,獲得相同圖像質(zhì)量,采用靈敏度自定設(shè)定功能。預(yù)讀程序流程:第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備3.圖像后處理灰階處理空間頻率處理動(dòng)態(tài)范圍壓縮減影處理疊加處理圖像處理:調(diào)節(jié)亮度、對(duì)比度、窗寬、窗位、放大反轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、距離面積測(cè)量文字注釋修改病人資料等第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備圖像讀出靈敏度自動(dòng)設(shè)定大曝光劑量例1和小曝光劑量例2第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備六、存儲(chǔ)與記錄裝置硬盤(pán)光盤(pán)七、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(參考教材)八、使用注意事項(xiàng)和保養(yǎng)(參考教材)第二節(jié)計(jì)算機(jī)X線攝影設(shè)備第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備一、構(gòu)成二、分類(lèi)三、工作原理四、CR與DR的比較第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備一、構(gòu)成DR由X線發(fā)生器、X線探測(cè)器、圖像處理器、圖像顯示器等組成1.X線發(fā)生器:采用中、高頻逆變發(fā)生器。2.X線探測(cè)器:是將X線信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件3.圖像處理器:其功能包括各種圖像處理,如灰階變換、黑白反轉(zhuǎn)、圖像濾波降噪、放大等。4.圖像顯示器:用于攝影圖像的重現(xiàn)閱讀第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備二、分類(lèi)1.非晶硒平板探測(cè)器型2.非晶硅平板探測(cè)器型3.多絲正比室掃描型4.CCD攝像機(jī)型第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備三、工作原理1.非晶硒平板探測(cè)器(1)結(jié)構(gòu):基板、集電矩陣、硒層、電介層、頂層電極、保護(hù)層等組成第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備(2)工作原理入射X線光子在硒層中的產(chǎn)生電子-空穴對(duì),在頂層電極和集電矩陣間外加高電壓電場(chǎng)的作用下,電子和空穴向反方向移動(dòng),形成信號(hào)電流,被相應(yīng)單元的接受電極所收集,形成信號(hào)電荷,每個(gè)像素都有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管,起開(kāi)關(guān)作用,在讀取控制信號(hào)的作用下,依次讀出并經(jīng)放大后被同步轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備2.非晶態(tài)硅平板探測(cè)器(1)結(jié)構(gòu):由基板、非晶硅陣列、碘化銫層等構(gòu)成TFTX-rayCsI第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備(2)工作原理非晶硅FPD受X射線照射后,將X線圖像轉(zhuǎn)換為熒光圖像,再經(jīng)非晶硅光電二極管構(gòu)成的矩陣轉(zhuǎn)換成圖像電信號(hào),在計(jì)算機(jī)讀出電路的控制下,依次讀出,再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,獲得數(shù)字圖像信號(hào)。閃爍體GOS非晶體硅傳感器外罩閃爍體:GOS傳感器:非晶體硅成像范圍:14″x17″像素:2,208x2,688pixel象素尺寸:160μm分辨率:3.1lp/mm灰階度:A/D:14bits大面積金屬絕緣體半導(dǎo)體傳感器操作環(huán)境:5~35°C
30%~75%RH第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備
3.多絲正比室掃描型DR(1)結(jié)構(gòu):高壓電源、水平狹縫、多絲正比室、機(jī)械掃描系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)控制、圖像處理系統(tǒng)等組成。(2)工作原理錐形X線束經(jīng)水平狹縫準(zhǔn)直后形成平面扇形X線束。通過(guò)病人被檢部位后射入水平放置的多絲正比室窗口,在被探測(cè)器接收后,機(jī)械掃描裝置使X線管頭、水平狹縫及探測(cè)器沿垂直方向作均勻的同步平移掃描,到達(dá)新位置后再作水平照射投影;如此重復(fù)進(jìn)行,就完成一幅圖像的采集。多絲正比室的每根金屬絲都與一路放大器相連,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)數(shù)字化后,輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理。第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備
第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備4.CCD攝像機(jī)型DR(1)結(jié)構(gòu):主要由熒光板、反光板、CCD攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)控制及處理系統(tǒng)等組成。第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備(2)工作原理
X線透過(guò)人體被檢部位后,經(jīng)濾線柵濾除散射線到達(dá)熒光板,將X線圖像轉(zhuǎn)換成熒光圖像,熒光經(jīng)透鏡反射后,通過(guò)鏡頭聚焦將可見(jiàn)光投射到CCD芯片上,CCD芯片再將可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換為電信號(hào),最終獲得數(shù)字化圖像。第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備CCD攝像機(jī)型DR四、DR與CR的比較詳見(jiàn)下頁(yè)。第三節(jié)數(shù)字X線攝影設(shè)備DRCR成像過(guò)程X線→人體→圖像采集板→數(shù)字化圖像→圖像處理→顯示、打印X線→人體→IP板→閱讀器→圖像采集、診斷、質(zhì)量控制工作站→顯示、打印轉(zhuǎn)換過(guò)程直接數(shù)字化間接數(shù)字化空間分辨率4.6lp/mm2.0lp/mm像素尺寸140μm127μm工作效率大大提高,成像時(shí)間約5s,超過(guò)30人次/小時(shí)同普通X線攝影,而且增加了繁瑣的人工處理過(guò)程圖像灰階等級(jí)12~16bit10~12bit信噪比1LP/mm時(shí)DQE55%,提供優(yōu)異的成像質(zhì)量1LP/mm時(shí)DQE13%不及400速膠片質(zhì)量曝光劑量同樣質(zhì)量圖像約為CR的2/3與400速增感屏感綠片組合劑量相當(dāng)缺點(diǎn)1.技術(shù)工藝水平高,因而價(jià)格昂貴2.圖像采集板成品率較低,因而采集板尺寸受限1.IP板間接轉(zhuǎn)換時(shí)因熒光散線導(dǎo)致分辨率降低2.工作過(guò)程類(lèi)似暗盒攝影方式,無(wú)法提高工作效率,解放勞動(dòng)力3.IP板屬消耗品,無(wú)形中增加了攝影成本第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備目錄一、基本結(jié)構(gòu)二、
影響圖像質(zhì)量的因素三、對(duì)X線機(jī)的要求四、X線管及探測(cè)器支撐裝置五、導(dǎo)管床六、高壓注射器七、數(shù)字系統(tǒng)八、DSA系統(tǒng)的特殊功能九、圖像質(zhì)量參數(shù)及檢測(cè)十、日常維護(hù)與保養(yǎng)
第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備一、基本結(jié)構(gòu)不含對(duì)比劑的影像稱(chēng)為掩模像(maskimage)或蒙片,注入對(duì)比劑后得到的影像稱(chēng)為造影像或充盈像。造影像減去掩模像得到減影像。減影后的圖像信號(hào)與對(duì)比劑的厚度成正比,與背景無(wú)關(guān)。在減影像中,骨骼和軟組織等背景影像被消除,只留下含有對(duì)比劑的血管影像。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備視頻信號(hào)A/D輸入查找表ALU幀存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)輸出查找表D/A第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備數(shù)字圖像硬件框圖監(jiān)視器二、影響圖像質(zhì)量的因素1.成像方式(1)脈沖方式:采用間歇X線脈沖來(lái)形成掩模像和造影像,每秒攝取數(shù)幀影像,脈沖持續(xù)時(shí)間一般大于視頻信號(hào)一幀的時(shí)間。由于曝光X線脈沖的脈寬較大(例如100ms左右)它主要用于腦血管、頸動(dòng)脈、肝動(dòng)脈、四肢動(dòng)脈等活動(dòng)較緩慢的部位。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備(2)超脈沖方式以每秒6~30幀的速率進(jìn)行X線脈沖攝像,然后逐幀高速反復(fù)減影,具有頻率高、脈寬窄的特點(diǎn),能以實(shí)時(shí)視頻的速度連續(xù)觀察X線數(shù)字影像或減影像,具有較高的動(dòng)態(tài)清晰度。這種方式能適應(yīng)肺動(dòng)脈、冠動(dòng)脈、心臟等快速活動(dòng)的臟器,影像的運(yùn)動(dòng)模糊小。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備(3)連續(xù)方式所用X線可以是連續(xù)的,也可以是脈沖的,得到與攝像機(jī)同步的、頻率為每秒25幀的連續(xù)影像。因采像頻率高,能顯示快速運(yùn)動(dòng)的部位,如心臟、大血管,時(shí)間分辨力高。平板探測(cè)器無(wú)同步方面的限制,但有平板刷新頻率方面的限制。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備2.?dāng)z影X線的穩(wěn)定性
由于普遍采用脈沖影像方式,必須保證前后各幀影像所接受的X線劑量恒定,要求X線機(jī)的高壓穩(wěn)定、應(yīng)用高頻高壓發(fā)生器,增加附件濾過(guò),優(yōu)化x線能譜。3.X線探測(cè)器對(duì)于應(yīng)用I.I采集圖像的設(shè)備,X線曝光脈沖應(yīng)與攝像機(jī)場(chǎng)同步保持一致。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備4.噪聲成像鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)生噪聲。5.偽影
在成像過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生各種偽影,如:運(yùn)動(dòng)偽影、飽和偽影、設(shè)備性偽影等。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備三、對(duì)X線機(jī)的要求1.大功率X線發(fā)生器采集頻率高,則分給每幅圖像曝光時(shí)間均很短;為了減少活動(dòng)臟器在曝光期間的活動(dòng),多采用脈沖曝光,曝光時(shí)間多在數(shù)毫秒。這就要求所用的X線機(jī)能在很短的時(shí)間內(nèi)輸出足夠大的功率,從而獲得滿(mǎn)意的X線圖像。一般要求X線機(jī)高壓發(fā)生器的功率在80kW或以上。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備2.高壓波形平穩(wěn)
高壓發(fā)生器輸出的高壓要平穩(wěn)。為保證每幅圖像感光量均勻一致,除各照射參數(shù)一致外,還要求kV值輸出穩(wěn)定,具有良好的重復(fù)性。當(dāng)前DSA均采用逆變高頻高壓發(fā)生器,容易獲得波紋較平穩(wěn)高壓。3.脈沖控制脈沖控制有柵控X線管方式和高壓初級(jí)控制方式。柵控管方式高壓波形陡峭,x線質(zhì)量高,軟射線少。4.x線管和散熱
要求大功率旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極x線管,滿(mǎn)足幾個(gè)ms攝影的目的,陽(yáng)極熱容量大,采用外接循環(huán)散熱器(大部分采用水做為冷卻液)滿(mǎn)足連續(xù)攝影的要求。DSAx線管通常有三個(gè)焦點(diǎn),通過(guò)電子聚焦形成微焦點(diǎn),為滿(mǎn)足各種放大攝影的要求。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備四、X線管及探測(cè)器支撐裝置1.機(jī)架結(jié)構(gòu)(1)三軸落地式C型臂結(jié)構(gòu)示意圖:C臂、偏置臂、L臂分別可以繞x、y、z軸旋轉(zhuǎn),既可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)也可以聯(lián)合運(yùn)動(dòng),滿(mǎn)足各種成像的要求。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備三軸落地式C型臂結(jié)構(gòu)示意圖天軌吊架及落地式雙C型臂第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備天軌雙C臂第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備天軌吊架C臂大型C形臂2.機(jī)架功能(1)角度支持:C型臂可方便地進(jìn)行各種角度的透視和攝影。(2)角度記憶:當(dāng)C型臂轉(zhuǎn)到需要的角度進(jìn)行透視觀察時(shí),系統(tǒng)能自動(dòng)搜索并重放該角度已有的造影像,供醫(yī)生診斷或介入治療時(shí)參考;也可根據(jù)圖像自動(dòng)將C型臂轉(zhuǎn)到采集該圖像時(shí)的位置重新進(jìn)行透視、造影。這種技術(shù)特別有利于心、腦血管的造影,尤其是冠狀動(dòng)脈介入治療手術(shù)。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設(shè)備(3)體位記憶技術(shù):體位記憶能存儲(chǔ)多達(dá)100個(gè)體位,各種體位可事先預(yù)置,也可在造影中隨時(shí)存儲(chǔ)、調(diào)用,使造影程序化,加快了造影速度。(4)快速旋轉(zhuǎn):C型臂能在托架中快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),達(dá)到每秒45°~60°。要求C型臂具有精確的角度重現(xiàn)性,與圖像處理軟件配合完成。(5)安全保護(hù):C型臂支架還配有自動(dòng)安全防撞裝置。計(jì)算機(jī)能根據(jù)機(jī)架、床的相對(duì)位置自動(dòng)預(yù)警和控制C型臂的運(yùn)動(dòng)速度,利用傳感器感受周?chē)?/p>
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