JPS63252140A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPS63252140A JPS63252140A JP8688487A JP8688487A JPS63252140A JP S63252140 A JPS63252140 A JP S63252140A JP 8688487 A JP8688487 A JP 8688487A JP 8688487 A JP8688487 A JP 8688487A JP S63252140 A JPS63252140 A JP S63252140A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composite piezoelectric
- piezoelectric material
- probe
- columnar
- composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2437—Piezoelectric probes
- G01N29/245—Ceramic probes, e.g. lead zirconate titanate [PZT] probes
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超音波診断装置に係り、特にそのセンサ部に好
適な複合圧電体を用いて構成した超音波探触子に関する
。
適な複合圧電体を用いて構成した超音波探触子に関する
。
特開昭60−97800では柱状圧電体の体積分率が0
.15〜0.75の複合圧電体を用いて超音波探触子を
構成することが示されている。
.15〜0.75の複合圧電体を用いて超音波探触子を
構成することが示されている。
上記従来技術は、複合圧電体中の柱状圧電体の体積分率
が増加すると複合圧電体の音響インピーダンスが増し、
そのため水あるいは生体とのマツチングがとりにくくな
るという点に鑑みてなされたものであり、探触子用圧電
材料として振動特性の優れた構造の複合圧電体や音響整
合層について充分配慮されていなかった。
が増加すると複合圧電体の音響インピーダンスが増し、
そのため水あるいは生体とのマツチングがとりにくくな
るという点に鑑みてなされたものであり、探触子用圧電
材料として振動特性の優れた構造の複合圧電体や音響整
合層について充分配慮されていなかった。
本発明の目的は、複合圧電体を用いて高性能探触子を実
現することにある。
現することにある。
上記目的は、振動状態の優れた複合圧電体の構成を見い
出し、ia当な音響整合層を設けた探触子をRW成する
ことにより、達成される。本発明の′探触子は柱状圧電
体が有機物中に多数理め込まれた構造の複合圧電体と、
該r4合圧電体の上下面に形成された2つの電極と、そ
の音響インピーダンスが該複合圧電体と生体との間の値
を有する音9n整合層をその構成要素の一部とし、該柱
状圧電体の幅Wと高さtの比w/tが1より小さく、該
複合圧電体中の柱状圧電体の体積分率を0.35以上と
したことを特徴とする。
出し、ia当な音響整合層を設けた探触子をRW成する
ことにより、達成される。本発明の′探触子は柱状圧電
体が有機物中に多数理め込まれた構造の複合圧電体と、
該r4合圧電体の上下面に形成された2つの電極と、そ
の音響インピーダンスが該複合圧電体と生体との間の値
を有する音9n整合層をその構成要素の一部とし、該柱
状圧電体の幅Wと高さtの比w/tが1より小さく、該
複合圧電体中の柱状圧電体の体積分率を0.35以上と
したことを特徴とする。
幅と高さの比が1より小さい柱状圧電体は不要な横方向
のM肋が少なく、この構造の柱状圧電体で4M成される
複合圧電体のうち音響インピーダンスの高いものはその
振動状態が均一に近くなり探触子用圧電体として優れて
いる。このような複合圧電体は音響インピーダンスが高
い傾向があるが、音響整合層を設けることで生体との音
の伝搬を良くすることが可能となり、高性能探触子を実
現できる。
のM肋が少なく、この構造の柱状圧電体で4M成される
複合圧電体のうち音響インピーダンスの高いものはその
振動状態が均一に近くなり探触子用圧電体として優れて
いる。このような複合圧電体は音響インピーダンスが高
い傾向があるが、音響整合層を設けることで生体との音
の伝搬を良くすることが可能となり、高性能探触子を実
現できる。
以下、本発明の詳細な説明する。まず対象としている複
合圧電体101を第1図(A)に示す。
合圧電体101を第1図(A)に示す。
102.103はそれぞれ柱状圧電体、有機物であり、
102の幅をW、高さをtで示す。 「電子通信学会技
術研究報告ED84−157Jにも示されているように
、複合圧電体を用いて種々の探触子を構成することが可
能であるが、ここではその簡単な一例として単板の探触
子を同図(B)に示す。101の上下面にはCr −A
nの蒸着などにより電極が形成され、リード線104
.105が接続され、さらにバッキング材106が接着
され、音響整合Py1107が形成されている。同図(
C)は圧電体10Bのw/tとその振動状態の関係を示
している。109,110は上下面の電極である。なお
、圧電体としてジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を用い
て有限要素法によりその振動解析を行なった。112〜
116は1時刻0で71幅の矩形パルス111が印加さ
れたときの時刻−Tにおけるw/tの値に応じた108
の振動状ヱ當を示している。ここで、Tは108の厚み
方向の基本振動の周期で、振動状態を見やすくするため
変位を拡大し、さらに縦方向を横方向より約3倍に表示
し、対称性があるので上半分のみを示している6117
〜121は108の静止状態を示している。これかられ
かるように、w/tが小さくなるにつれ108は厚み方
向のみの振動に近づいていく傾向がわかる。探触子とし
ては、厚み方向のみの振動が必要で、横方向などの他の
振動はノイズ成分となる。したがって、101中の10
2は厚み方向にのみ振動することが望ましく。
102の幅をW、高さをtで示す。 「電子通信学会技
術研究報告ED84−157Jにも示されているように
、複合圧電体を用いて種々の探触子を構成することが可
能であるが、ここではその簡単な一例として単板の探触
子を同図(B)に示す。101の上下面にはCr −A
nの蒸着などにより電極が形成され、リード線104
.105が接続され、さらにバッキング材106が接着
され、音響整合Py1107が形成されている。同図(
C)は圧電体10Bのw/tとその振動状態の関係を示
している。109,110は上下面の電極である。なお
、圧電体としてジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を用い
て有限要素法によりその振動解析を行なった。112〜
116は1時刻0で71幅の矩形パルス111が印加さ
れたときの時刻−Tにおけるw/tの値に応じた108
の振動状ヱ當を示している。ここで、Tは108の厚み
方向の基本振動の周期で、振動状態を見やすくするため
変位を拡大し、さらに縦方向を横方向より約3倍に表示
し、対称性があるので上半分のみを示している6117
〜121は108の静止状態を示している。これかられ
かるように、w/tが小さくなるにつれ108は厚み方
向のみの振動に近づいていく傾向がわかる。探触子とし
ては、厚み方向のみの振動が必要で、横方向などの他の
振動はノイズ成分となる。したがって、101中の10
2は厚み方向にのみ振動することが望ましく。
(C)より、w/tが1より小さい方が良いことがわか
る。(D)は102の体積分率を一定にしw/tをかえ
た複合圧電体を用いて探触子を構成し、その感度81す
定を行った結果を示している(122)。なお感度測定
では、探触子から水中30IlIIIの距離に平板反射
体を置き、それからの反射信号を測定した。この図から
もw / t (1の方が感度が高くなること、しかし
、w/tが小さすぎると感度が下がる傾向がみられるこ
とがわかる。
る。(D)は102の体積分率を一定にしw/tをかえ
た複合圧電体を用いて探触子を構成し、その感度81す
定を行った結果を示している(122)。なお感度測定
では、探触子から水中30IlIIIの距離に平板反射
体を置き、それからの反射信号を測定した。この図から
もw / t (1の方が感度が高くなること、しかし
、w/tが小さすぎると感度が下がる傾向がみられるこ
とがわかる。
101の102の形状は(c)、(D)の双方を配慮し
て決められるべきであるが、w / t < 1という
ことが複合圧電体で高性能(高感度、高分解能)探触子
を実現するための必要条件である。
て決められるべきであるが、w / t < 1という
ことが複合圧電体で高性能(高感度、高分解能)探触子
を実現するための必要条件である。
第1図(B)のような単板探触子あるいは電子走査型の
多素子探触子を構成する場合には、柱状圧電体と有機物
で相反する撮動をすると、探触子感度の低下あるいは指
向特性の劣化などの要因となるため、−素子中の柱状圧
電体と有機物は同一モードで振動することが望ましい。
多素子探触子を構成する場合には、柱状圧電体と有機物
で相反する撮動をすると、探触子感度の低下あるいは指
向特性の劣化などの要因となるため、−素子中の柱状圧
電体と有機物は同一モードで振動することが望ましい。
複合圧電体は第1図(A)のように柱状圧電体が有機物
に埋め込まれているため、同一モードの振動を実現する
ための構成が必要となってくる。第2図は圧電体201
のw/tを0.25 と一定にし、その間に存在する有
機物202の幅W′を変えたときの振動状態を示してい
る。探触子用複合圧電体はフレキシブルであることが望
ましく、ここでは有機物としてフレキシブルなポリウレ
タンを用いた。なお203,204は上下面の電極であ
る。(B)。
に埋め込まれているため、同一モードの振動を実現する
ための構成が必要となってくる。第2図は圧電体201
のw/tを0.25 と一定にし、その間に存在する有
機物202の幅W′を変えたときの振動状態を示してい
る。探触子用複合圧電体はフレキシブルであることが望
ましく、ここでは有機物としてフレキシブルなポリウレ
タンを用いた。なお203,204は上下面の電極であ
る。(B)。
(C)は第1図(C)と同じ電気信号を加え、時刻−丁
での振動状態を示している。これかられかるように、W
′が小さい方が201.202が同一振動に近くなって
くる。w/tが一定のとき、W′が小さいということは
複合圧電体中の柱状圧電体の体積分率(vl)が大きい
ことを意味し、したがって(w/tが小さくかつ)vl
が大きい方が探触子用複合圧電体として望ましいことが
わかる。なお、第2図のw’ =w、0.15w に対
応するvlはそれぞれ0.25,0.76である。
での振動状態を示している。これかられかるように、W
′が小さい方が201.202が同一振動に近くなって
くる。w/tが一定のとき、W′が小さいということは
複合圧電体中の柱状圧電体の体積分率(vl)が大きい
ことを意味し、したがって(w/tが小さくかつ)vl
が大きい方が探触子用複合圧電体として望ましいことが
わかる。なお、第2図のw’ =w、0.15w に対
応するvlはそれぞれ0.25,0.76である。
このように超音波探触子用複合圧電体としては、柱状圧
電体のw/tが1より小さく、viが高いことが望まし
いが、電子通信学会技術研究報告ED84−157図6
にあるように、Vlが増加すると複合圧電体の音響イン
ピーダンス(その物質の密度と音速の積)が増加し、生
体とのマツチグが悪くなる。そこで音響整合層を付加す
ることでその点を改善する。第3図は以上のような点を
考慮して構成した電子走査型探触子の感度比較を行った
もので、感度測定は第1図CD)の場合と同じで、すべ
て同一の送受信回路を用いて測定した。なお柱状圧電体
のw/tが0.39〜0.75の複合圧電体を用い、整
合層は1層だけで、整合層の音響インピーダンスを使用
した複合圧電体と生体の音響インピーダンスの幾何平均
程度とし、整合層の厚みを複合圧電体の周波数の1/4
波長程度とした、301は感度測定の結果を示す。ここ
では、探触子の素子幅を約0.6 mm、複合圧電体の
ピッチを約0.2 mとして探触子を構成し感度測定を
した。比較の基準とするため、PZTによる従来探触子
について感度測定を行った。ただし従来探触子の場合は
整合層が2層付いたもので、普通、2層整合層の方が1
層の場合より2〜3dB感度が高くなる。ここで複合圧
電体の柱状圧電体と従来探触子は同一材質のPZTを用
いた。
電体のw/tが1より小さく、viが高いことが望まし
いが、電子通信学会技術研究報告ED84−157図6
にあるように、Vlが増加すると複合圧電体の音響イン
ピーダンス(その物質の密度と音速の積)が増加し、生
体とのマツチグが悪くなる。そこで音響整合層を付加す
ることでその点を改善する。第3図は以上のような点を
考慮して構成した電子走査型探触子の感度比較を行った
もので、感度測定は第1図CD)の場合と同じで、すべ
て同一の送受信回路を用いて測定した。なお柱状圧電体
のw/tが0.39〜0.75の複合圧電体を用い、整
合層は1層だけで、整合層の音響インピーダンスを使用
した複合圧電体と生体の音響インピーダンスの幾何平均
程度とし、整合層の厚みを複合圧電体の周波数の1/4
波長程度とした、301は感度測定の結果を示す。ここ
では、探触子の素子幅を約0.6 mm、複合圧電体の
ピッチを約0.2 mとして探触子を構成し感度測定を
した。比較の基準とするため、PZTによる従来探触子
について感度測定を行った。ただし従来探触子の場合は
整合層が2層付いたもので、普通、2層整合層の方が1
層の場合より2〜3dB感度が高くなる。ここで複合圧
電体の柱状圧電体と従来探触子は同一材質のPZTを用
いた。
302.303はPZTによる従来探触子の場合で。
それぞれ音響レンズが付いていない場合と付いている場
合である。電子走査型探触子の場合、画質を良くするた め超音波ビームの走査方向と直交する方向のビームを集
束させる必要があるが、PZTによる従来探触子の場合
、PZTがフレキシブルでないため音響レンズが必要と
なる。音響レンズでは超音波の減衰が大であり、この例
のように、5MHzぐらいでは約9dBの感度低下をも
たらすが、画質を良くするために音響レンズは欠くこと
ができない、一方、ここで用いる複合圧電体はED84
−157図4にも示されているようにフレキシブルとな
る。したがって、任意の形状にすることが可能で、各素
子を凹面にすることで、音響レンズを用いなくても良好
な画像を得ることが可能である301よりわかるように
、Vlが高い方が感度が高い、302以上の感度を有す
るものはvl)0.75の場合で、303以上の感度を
有するものはvz>0.35 の場合である。
合である。電子走査型探触子の場合、画質を良くするた め超音波ビームの走査方向と直交する方向のビームを集
束させる必要があるが、PZTによる従来探触子の場合
、PZTがフレキシブルでないため音響レンズが必要と
なる。音響レンズでは超音波の減衰が大であり、この例
のように、5MHzぐらいでは約9dBの感度低下をも
たらすが、画質を良くするために音響レンズは欠くこと
ができない、一方、ここで用いる複合圧電体はED84
−157図4にも示されているようにフレキシブルとな
る。したがって、任意の形状にすることが可能で、各素
子を凹面にすることで、音響レンズを用いなくても良好
な画像を得ることが可能である301よりわかるように
、Vlが高い方が感度が高い、302以上の感度を有す
るものはvl)0.75の場合で、303以上の感度を
有するものはvz>0.35 の場合である。
第4図に本発明の構成による複合圧電体探触子の受信信
号401.402を示す、401,402はそれぞれv
lが0.80,0.63の場合である。
号401.402を示す、401,402はそれぞれv
lが0.80,0.63の場合である。
比較のために、PZT従来探触子(音響レンズなし)の
受信信号を403に示す。このように401゜402は
、403と比較し高感度で短パルス(す、 なわち高
分解能)となり、高性能探触子、が実現できた。
受信信号を403に示す。このように401゜402は
、403と比較し高感度で短パルス(す、 なわち高
分解能)となり、高性能探触子、が実現できた。
本発明によれば、複合圧電体を用いて高性能探触子を実
現することができ、その工学的価値は大である。
現することができ、その工学的価値は大である。
第1図は本発明の一実施例で、(A)は複合圧電体の模
式図、(B)は探触子の構造、(C)は、 柱状圧電
体のw/tに対する振動状態の解析結果を示す図、(D
)は柱状圧電体のw/tに対する探触子の感度特性を示
す図、第2図は柱状圧電体と有機物の振動状態の解析結
果を示す図、第3図。 第4図はそれぞれ本発明の構成による探触子の感度特性
と受信信号を示す図である。 101・・・複合圧電体、102,108,201・・
・柱状圧電体、103,202・・・有機物、112〜
116・・・柱状圧電体の振動状態、122,301・
・・複合圧電体探触子の感度特性、401,402・・
複合圧電体探触子の受信信号。 1fA ;/ 5 ”シシイ);・ノ、
o v/t=o、q ’% ;Oz5
%o、tzs(El) 弔 2 口 (A) 11#’ −vJw′−a、15uJ 第3 口 1ノ1mチ1木58Ei−でイASイ卑うItう)−1
をン躬4 凹 (A) (B) 一−◆θ、5JIS/dtb 一□ o、5pS/dAに
式図、(B)は探触子の構造、(C)は、 柱状圧電
体のw/tに対する振動状態の解析結果を示す図、(D
)は柱状圧電体のw/tに対する探触子の感度特性を示
す図、第2図は柱状圧電体と有機物の振動状態の解析結
果を示す図、第3図。 第4図はそれぞれ本発明の構成による探触子の感度特性
と受信信号を示す図である。 101・・・複合圧電体、102,108,201・・
・柱状圧電体、103,202・・・有機物、112〜
116・・・柱状圧電体の振動状態、122,301・
・・複合圧電体探触子の感度特性、401,402・・
複合圧電体探触子の受信信号。 1fA ;/ 5 ”シシイ);・ノ、
o v/t=o、q ’% ;Oz5
%o、tzs(El) 弔 2 口 (A) 11#’ −vJw′−a、15uJ 第3 口 1ノ1mチ1木58Ei−でイASイ卑うItう)−1
をン躬4 凹 (A) (B) 一−◆θ、5JIS/dtb 一□ o、5pS/dAに
Claims (2)
- 1.柱状圧電体が有機物中に多数埋め込まれた構造の複
合圧電体と、該複合圧電体の上下面に形成された2つの
電極と、その音響インピーダンスが該複合圧電体と生体
との間の値を有する音響整合層をその構成要素の一部と
し、該柱状圧電体の幅wと高さtの比w/tが1より小
さく、該複合圧電体中の柱状圧電体の体積分率を0.3
5以上としたことを特徴とする超音波探触子。 - 2.音響整合層の音響インピーダンスが複合圧電体の音
響インピーダンスと生体の音響インピーダンスの幾何平
均程度であり、該音響整合層の厚みが該複合圧電体の厚
み方向の振動周波数に対し1/4波長程度であることを
特徴とする第1項記載の超音波探触子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8688487A JPS63252140A (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 超音波探触子 |
| US07/100,238 US4801835A (en) | 1986-10-06 | 1987-09-23 | Ultrasonic probe using piezoelectric composite material |
| DE19873733776 DE3733776A1 (de) | 1986-10-06 | 1987-10-06 | Ultraschallsonde |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8688487A JPS63252140A (ja) | 1987-04-10 | 1987-04-10 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63252140A true JPS63252140A (ja) | 1988-10-19 |
Family
ID=13899260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8688487A Pending JPS63252140A (ja) | 1986-10-06 | 1987-04-10 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63252140A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1944815A1 (en) | 2007-01-09 | 2008-07-16 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Piezoelectric element, manufacture and ultrasonic probe |
| US7834521B2 (en) | 2006-06-13 | 2010-11-16 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Array type ultrasound probe, manufacturing method and driving method of array type ultrasound probe |
| US8141216B2 (en) | 2006-08-08 | 2012-03-27 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Method of manufacturing ultrasound probe |
| US8156620B2 (en) | 2006-08-02 | 2012-04-17 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Process of making an ultrasonic probe |
| JP2015115684A (ja) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | コニカミノルタ株式会社 | 複合圧電体、超音波探触子及び超音波画像診断装置 |
-
1987
- 1987-04-10 JP JP8688487A patent/JPS63252140A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7834521B2 (en) | 2006-06-13 | 2010-11-16 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Array type ultrasound probe, manufacturing method and driving method of array type ultrasound probe |
| US8156620B2 (en) | 2006-08-02 | 2012-04-17 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Process of making an ultrasonic probe |
| US8141216B2 (en) | 2006-08-08 | 2012-03-27 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Method of manufacturing ultrasound probe |
| EP1944815A1 (en) | 2007-01-09 | 2008-07-16 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | Piezoelectric element, manufacture and ultrasonic probe |
| JP2015115684A (ja) * | 2013-12-10 | 2015-06-22 | コニカミノルタ株式会社 | 複合圧電体、超音波探触子及び超音波画像診断装置 |
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