CN101351155A - 可调体模 - Google Patents
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Abstract
一种可调体模(36)包括基座(202)、致动器(204)和体模(210)。所述体模包括第一部分(210a)和第二部分(210b),每个都具有由扫描仪(10)测量的不同物理特征值。体模(210)可相对于基座(202)运动。在一种实施方式中,体模很好地适于模拟造影增强的成像检查中造影剂的到达。
Description
本发明涉及用于模拟医学成像装置(例如计算机断层摄影(CT)扫描仪)的操作的设备和方法,并尤其涉及造影剂增强成像和血管造影术中的测试和模拟。本发明在其中需要作为时间的函数模拟对象的造影(contrast)变化的其他应用中也是有用的。
在造影剂增强成像中,造影剂典型地通过静脉内或者动脉内注射引入患者的解剖结构。在允许造影剂到达患者的解剖结构中感兴趣区域(ROI)的延迟时间之后,开始对该区域进行扫描。扫描的定时要与ROI处的造影剂的存在协调一致,因为扫描太早或太迟都可能导致不能达到最佳增强,并可能需要对患者重新进行扫描。
已经实现了用于协调造影剂增强扫描的各种技术。这些技术典型地包括用于确定ROI的轴向位置的任选概观扫描(optional surview scan)。在一种技术中,造影剂被注射到患者体内并且在预定延迟时间后开始对ROI进行扫描。但是,造影剂到达ROI的时间延迟在患者之间是变化的,而针对特定患者的时间延迟在一次扫描与下一次扫描之间也可不同。
在另一种技术中,得到定位器扫描(locator scan)并将其用于识别一个或多个示踪ROI。然后注射造影剂,并在轴向位置处得到一系列低剂量扫描。当在一个或多个示踪ROI处探测到预期增强水平的造影剂时,自动触发诊断扫描。
在测试注射方法中,对预期轴向位置进行扫描并且识别一个或多个示踪ROI。注射相对少量的造影剂,并且得到一系列低剂量的轴向扫描。来自测试扫描的信息被用于计算扫描延迟时间。然后使用预期注射方案注射造影剂,并在计算出的延迟时间之后开始诊断扫描。
执行这些技术中的一种或多种的应用软件典型地驻留在与CT扫描仪相关的控制台或者工作站上。用于CT成像的这种商用软件的一个例子是Philips Medical Systems可提供的Bolus Pro软件。
在一些情况下,需要测试或者模拟特定扫描仪以及被其使用的软件的操作。例如,用户可以从更精确地反映实际操作情况的训练中获益。类似地,在作为设计过程一部分的各种操作状态或者条件下,重复测试扫描仪和/或其软件可能得到更可靠的设计。作为制造过程的一部分也预期对扫描仪进行测试,以保证扫描仪及其软件正常操作。
过去,这种测试和模拟难以进行。例如,人类测试者使用细绳手动拉动一片造影剂材料通过扫描仪的检查区域。但如同所理解的那样,这种手动测试证明是非常耗时的并且具有相当的不可重复性,并且要求测试者在正在操作的扫描仪附近。这样的过程在训练条件下也难以适用。因此,存在改进的空间。
本发明的各个方面解决了这些以及其他问题。
根据本发明的第一方面,设备包括基座,其适于放置在扫描仪的对象支架上,该扫描仪生成指示所检查对象内部物理特征的信息;由所述基座承载并且可以相对于所述基座沿着运动方向运动的体模。所述体模的所述物理特征沿着运动方向变化。该设备还包括使得所述体模相对于基座沿着所述运动方向运动的致动器。
根据本发明的另一方面,方法包括下列步骤:将体模相对于医学成像扫描仪的对象支架定位,所述扫描仪生成指示所检查对象内部物理特征的信息;使用致动器来使体模相对于对象支架运动以便改变感兴趣区域中的所述物理特征的值;扫描所述感兴趣区域;在所述体模的运动过程中多次重复所述扫描步骤;使用来自多次扫描的信息多次确定所述感兴趣区域中的所述物理特征值。
根据本发明的另一方面,设备包括基座,其适于放置在扫描仪的检查区域中,该扫描仪生成指示所检查对象内部物理特征的信息;由所述基座承载并且可以相对于所述基座沿着运动方向运动的体模;以及致动器,其使得所述体模相对于所述基座沿着所述运动方向运动以便改变感兴趣区域中的所述物理特征值。所述体模包括其中所述物理特征具有第一值的第一部分和其中所述物理特征具有第二值的第二部分。
当阅读并理解附图和说明书时,本领域技术人员将会理解本发明的还有一些方面。
本发明通过附图中的例子示出,但是不限于此,其中相似的参考标号表示相似的元件,其中:
图1示出了CT扫描仪和体模;
图2是体模的透视图;
图3a、3b、3c和3d是体模的侧视图;
图4是体模的横截面;
图5示出了模拟的示踪扫描;
图6是示踪扫描的时序图;
图7a、7b、7c和7d显示了在其上图示了示踪ROI的体模的端视图。
参照图1,CT扫描仪10包括围绕z轴旋转的旋转扫描架18。扫描架18支撑诸如x射线管的x射线源12。扫描架18还支撑x射线敏感探测器20,其对向检查区域14的相对侧上的角形弧。由x射线源12产生的x射线横穿检查区域14并由探测器20探测。
在一种实施方式中,探测器20是多层探测器,包括一排以上沿着z方向延伸的探测器,虽然也可以实现平板或者其他探测器20构造。根据探测器20的构造,x射线源12产生一般为扇形、楔形或者圆锥形形状的辐射束。此外,也可以实现其中探测器20跨过360度弧并在x射线源12旋转时保持静止的所谓第四代扫描仪构造。
诸如病床的患者支架16支撑检查区域14中的患者。患者支架16优选可沿着z方向运动。控制器28协调实现预期扫描方案所需的各种扫描参数。在螺旋扫描中,协调支架16和扫描架18的运动,使得x射线源12和探测器20一般相对于患者横过螺旋路径。在轴向扫描中,支架16的位置保持不变,而射线源和探测器围绕患者旋转。诸如x射线管电压和电流的X射线源参数同样保持在适于预期方案的值处。
由探测器20收集的数据由重建器处理,以生成指示患者内部解剖结构的体积数据。作为CT领域内的常规技术,多个体素中的每个处的辐射衰减以Hounsfield单位或者CT数来表示。
一般意义的计算机用作操作控制台30。控制台30包括人类可读输出装置(诸如监测器或者显示器)和输入装置(诸如键盘和鼠标)。驻留在控制台上的软件允许操作人员通过建立预期的扫描方案控制扫描仪10的运行,启动和终止扫描,观察并否则处理来自扫描的图像和其他数据,并且否则与扫描仪10交互。由可访问控制台30的存储在计算机可读介质上的计算机可读指令实现的软件包括造影剂增强成像软件32诸如Blous Pro软件包,其由与控制台30相关联的一个或多个计算机处理器执行。出于测试的目的,控制台30还包括仿效由人类操作人员提供的输入并使造影剂增强成像软件32重复进行许多模拟的造影剂增强成像检查。
注射器界面34通常提供了扫描仪10和造影剂注射器之间的界面。扫描仪10使用界面34触发与患者扫描一致的一次或多次造影剂注射。作为替代,造影剂注射器可使用界面34发出表示注射已经发生的信号,而扫描仪10在预期的延迟时间之后启动扫描。
但是,如图1所示,可调体模36可拆卸地设置在患者支架16上并与注射器界面34电连接。
现在转向图2,可调体模36包括基座202、致动器204、机械连接诸如连接件206和推臂208、体模210和控制器212。参照图4,护罩402安装在基座202上以覆盖并限制体模210的运动,为清楚起见,该护罩在图2中被省去。为清楚起见,也省去了用于覆盖致动器204、连接件和控制器212的合适的一个或多个覆盖物。
基座202被构造成放置在患者支架16上。基座202包括在图1中被示出的一般与扫描仪10的纵轴平行的纵轴。根据患者支架16的构造,基座还包括用于将可调体模36固定到支架16的合适的装置。
控制器212和致动器204安装在基座202上。在一种实施方式中,致动器204作为具有围绕旋转轴206旋转的输出轴的伺服电动机来实现。当然,也可使用其他合适的致动器和致动器技术。例如,可以使用线性致动器。在成像区域中不预期存在含铁材料的磁共振应用中,可能预期执行远程安装的气动致动器和控制器。
控制器212接收来自注射器界面34的触发输入信号和用户启动的触发信号之一或两者。用户启动的触发信号可通过经由导线、射频或者红外信号与控制器212通信的开关,或者其他合适技术来提供。优选例如使用光隔离器隔离触发输入。
控制器212还优选包括允许对一个或多个操作参数进行调节的输入。例如,可能预期调节从接收触发信号到启动运动的时间延迟、致动器204的速度、用于使致动器204返回到起始位置的时间延迟,以及一个或多个预期的运动方案。在一种实施方式中,这些参数通过一个或多个装有电位计的可调体模36来调节,但也可以使用安装有开关、小键盘和显示器的其他体模或者远程开关、小键盘和显示器等。在另一种实施方式中,可能预期经由注射器界面34接收或发送配置信息和/或触发信号,以便模仿与注射器的通信。控制器212优选通过微控制器、模拟或者数字电子设备,或者它们的组合来实现。
在任何情况下,控制器212都根据所预期的运动方案使得致动器204运动并由此使得体模210运动。
连接件206和推臂208将致动器204的输出与被安装成相对于基座202纵向运动的体模210连接。其他连接设置也是可以预期的,这取决于特定致动器204和可调体模36的构造。例如,线性致动器可采用合适的起重螺丝,而气动致动器可典型地包括合适的管件。
由体模210呈现的造影作为沿着运动方向的位置的函数而变化。参见图2和3a,在一种实施方式中,体模210包括第一区域302、第二区域304和第三或过渡区域306。第一区域302和第二区域304每个都呈现了具有大体恒定的造影值(contrast value)的横截面。在一种特别适于模拟CT血管造影扫描的实施方式中,第一区域302具有与未增强的血液的CT数近似的CT数,例如在大约40到50的范围。第二区域304具有与典型造影剂注射后的增强近似的CT数,例如在大约200或者更高的范围(用于造影剂增强研究的触发水平典型地被建立在大约100到150)。在过渡区域306中,截面包括第一和第二CT数。如图所示,体模210具有大约8英寸(20.32cm)的长度,大约3到4英寸(7.62cm到10.16cm)的宽度和大约3到4英寸(7.62cm到10.16cm)的高度。第一区域302和第二区域304每个都具有大约2英寸(5.08cm)的长度,并且第三区域具有大约4英寸(10.16cm)的长度。角度305、307大约为45度。上述造影值和尺寸是示例性的,也可以基于特定应用的需要而选择其他造影值和尺寸。也可以省略第一区域302和第二区域304中的一个或两个。体模210的标记211有利于将装置设置在支架16上的已知位置。
如图2和3a所示,在过渡区域306中,具有第一和第二CT数的截面部分作为纵向位置的线性函数而变化。在第一区域302和第二区域306之间的边界附近,该截面主要包含具有第一CT数的材料。在第二区域304和过渡区域306之间的边界附近,该截面主要包含具有第二CT数的材料。在过渡区域306的中点处,并参见图4,包含具有第一CT数的材料的截面部分与包含具有第二CT数的材料的截面部分之比约等于1∶1。也可以实现非线性函数。在其中所预期的造影在由空气提供的造影范围内的应用中还可被省去第一部分210a和第二部分210b中的一个。
在一种实施方式中,体模210的第一部分210a和第二部分210b由具有预期辐射衰减的固体塑料制成。容易获得的材料包括诸如尼龙的聚酰胺聚合物(其具有大约为96的CT数)和Acetal GF(其具有大约为625的CT数)。在另一种实施方式中,这些段可由包括辐射衰减填充材料的聚合物树脂制成。也可以使用其他合适的材料。使用合适的粘合剂或者机械紧固件将两个部分210a、210b紧固在一起。为了便于以具有不同造影特征的材料替换第一部分210a和第二部分210b中的一个,该部分可以可拆卸地连接。
在另一种实施方式中,并参照图2和3b,体模210被制成具有第一区域210a和第二区域210b的容器或者由分隔器309分离的室。含有预期造影剂的造影剂材料经过各自的端口或者塞子362、364被添加到区域210a、210b中。在CT实现方式中,例如,这些室可填充有浓度变化的造影剂,诸如与水混合的碘酞葡甲胺(iothalamate meglumine)。当体模210含有液体时,这些室应当是不透液体的以防止泄露或者渗透。端口362、364可带有螺线或者是可拆卸的,以允许造影材料被除去或者以具有不同CT数的造影材料替换。端口362、364优选定位在第一区域302和第二区域304中的体模210末端附近。护罩402被制造成适于放置塞子362、364(如果使用的话)。虽然显示在体模210的上表面上,但端口还可定位在侧面、末端或者底部。这些端口应当包括O-环或者其他合适的密封,聚四氟乙烯(PTFE)带或者类似物,以确保不透液体的密封。容器壁可由透明的厚度为0.25英寸(0.635cm)的丙烯酸(聚甲基丙烯酸甲酯)塑料制成,并且分隔器309由0.0625英寸(0.159cm)厚的丙烯酸塑料制成。各个部分使用合适的接合剂连接。当然,也可以使用其他构造材料和技术。
在又一种实施方式中,并参照图3c,体模210由两个或多个横向分层的片或者段制成。具有第一CT数的第一组片或者段310设置在第一区域210a中;具有第二CT数的第二组片或者段312设置在第二区域210b中。图3c示出了其中各个片或者段310、312的长度被改变,以使具有第一和第二CT数的截面部分作为纵向位置的非线性函数而变化的布置。如图中的虚线314所示,如果需要的话,各个片或段310、312的末端可被定形或者斜切以减少或者消除阶梯效应。
在还一种实施方式中,并参照图3d,体模210由两个或多个纵向分层的片或者段340制成。每个段的材料选择成使每个段具有唯一的CT数或者使得块340的CT数作为纵向位置的预期函数而变化。在其中需要对特定CT数进行测量的情况下可有利地使用这样的布置;也可对由控制器212提供的运动轮廓编程,使得特定纵向位置处呈现的CT数具有作为时间的函数的已知值。在体模被用于模拟造影剂增强的CT扫描的情况下,体模210包括近似于未增强材料的CT值的层和近似于增强材料的CT值的层。体模210还可包括CT数位于二者之间的层。
参照图5,可调体模36可用于模拟或者测试与CT血管造影检查结合的造影剂增强成像软件32的操作。在502,将可调体模36定位在支架16上,优选使得体模210的纵向运动通常与扫描仪10的纵轴或者z轴对准,并其与放置在预期纵向位置处的纵向标记211对准。
在504,获得体模210的概观扫描或者导引扫描(pilot scan)。
在505,获得体模210的示踪扫描。
在506,建立一个或多个示踪ROI处的位置和预期增强或者触发水平。
在508,使支架16运动,从而使得体模210被定位以进行示踪扫描,优选使得示踪扫描在由标记211指示的纵向位置处启动。如果体模210定位在已知或者起始位置处(例如其中体模210回缩),则定位容易进行。
在510,并参照图6的时序图,在时刻t0,控制器212接收触发信号。示踪扫描的状态(例如活动或者不活动)作为时间的函数由曲线602表示;体模210的位置由曲线604表示。
在512,并且在比造影剂到达一个或多个示踪ROI的预期过渡时间短的延迟时间之后,在时刻t1,启动示踪扫描。由此,CT扫描仪10得到一系列相对低剂量的扫描以探测一个或多个示踪ROI处造影剂的到达。
在514,在时刻t2,控制器212启动体模210的运动。在时刻t0接收触发信号与在时刻t2启动运动之间的延迟时间被选择成使过渡区域306的边界在接近注射后造影剂达到的延迟时间之后到达示踪扫描的位置。在实践中,所预期的延迟时间典型地从大约0到10秒。
在516,控制器212使得体模210根据预期的运动轮廓运动,例如使体模210在示踪扫描位置处的CT数部分的时间变化率近似为线性的。
在518,在时刻t3,控制器212使体模210的运动终止。时刻t2和t3之间的延迟时间优选为接近造影剂到达示踪ROI之后到达峰值增强所需的时间。在实践中,所需时间间隔典型地从大约2秒(或者与致动器将运动得一样快)到大约10秒。
在520,当测量的增强值达到指定增强水平时或者否则在时刻t4,示踪扫描终止。也可以基于特定测试或者模拟启动诊断扫描。
在522,控制器212在时刻t5开始使体模210向起始位置返回,并且体模210在时刻t6到达起始位置。
在524,按照需要,重复该过程,例如作为自动模拟或者测试过程的一部分。
图7a、7b、7c和7d示出了当图3a或3b中示出的体模210行进通过在典型造影剂增强血管造影过程中的示踪扫描平面时,第一示踪ROI 702和第二示踪ROI 704典型地可怎样显示。这些附图呈示了体模210朝向观察者运动的端视图。
在图7a中,体模210被定位成使得在体模210的第一区域302中获得示踪扫描,例如在标记211的位置处。相应地,第一示踪ROI 702和第二示踪ROI 704包含接近未增强血液的造影值。
在图7b中,体模210被定位成使得示踪扫描在更接近第一区域302的过渡区域306中获得。相应地,第一ROI 702的第一部分706模拟造影剂增强的血液,同时第二部分708模拟未增强的血液。造影剂增强成像软件32将ROI中的增强值平均,这种布置对于模拟与造影剂到达相关的CT数的增加来说特别有效。第二示踪ROI 704包含模拟未增强血液的造影值。
在图7c中,体模210被定位成使得示踪扫描在更接近第二区域304的过渡区域306中获得。第一示踪ROI 702包含模拟增强血液的造影值。第二示踪ROI 704的第一部分710模拟造影剂增强的血液,而第二部分712模拟未增强的血液。
在图7d中,体模210被定位成使得示踪扫描在体模210的第二区域304中获得。相应地,第一示踪ROI 702和第二示踪ROI 704包含接近增强血液的造影值。
其他变型也是可能的。例如,可调体模36可以是电池供电的,具有从主电源(power main)或者其他外部电源接收电力的各个部分。还可预期体模210的各种构造。例如,过渡区域“楔形”的方向可以由图3a中的虚线333所示来实现。如果需要,与上述功能等同的功能也可以通过转换第一区域210a和第二区域210b的造影值并将起始位置考虑为延伸位置来得到。类似地,造影段可被显现为在其一侧上翻转,使得过渡区域306的楔形从一侧到另一侧形成。如果需要,可相应地调整一个或多个示踪ROI的位置。体模210具有矩形截面也不是必需的。为了提供更真实的模拟,体模210还可以被嵌入更加类似人的体模中。实际上,体模210还可被用于模拟示踪扫描之后的诊断扫描,并且将控制器212构造成提供预期的运动轮廓。
虽然上面基本上相对于x射线计算机断层扫描进行了描述,但通过应用合适的材料和造影剂,体模也可被用于其他应用,诸如磁共振、正电子发射断层摄影、单光子发射计算机断层摄影,x射线成像等。体模还可被用于不同于模拟造影剂血管造影术的其他应用中。
当然,在阅读并理解前面的描述的基础上,其他人员可以进行各种修改和改变。本发明意欲构造为包括所有这些修改和改变,只要它们在所附的权利要求书及其等同物的范围之内。
Claims (30)
1、一种设备,包括:
基座(202),其适于放置在扫描仪(10)的对象支架(16)上,该扫描仪生成指示所检查对象内部物理特征的信息;
由所述基座(202)承载并且可以相对于所述基座沿着运动方向运动的体模(210),其中,所述体模的所述物理特征沿着所述运动方向变化;
使得所述体模(210)相对于所述基座(202)沿着所述运动方向运动的致动器(204)。
2、如权利要求1所述的设备,其中,所述扫描仪(10)包括CT扫描仪,并且所述物理特征为辐射衰减。
3、如权利要求1所述的设备,其中,所述运动方向为线性的。
4、如权利要求1所述的设备,其中,所述体模(210)包括横过所述运动方向的截面,并且其中,横截面包括其中所述物理特征具有第一值的第一截面部分和其中所述物理特征具有第二值的第二截面部分,并且其中,所述第一截面部分与所述第二截面部分的比值沿着所述运动方向而变化。
5、如权利要求4所述的设备,其中,所述第一值模拟未增强的血液,所述第二值模拟造影剂增强的血液。
6、如权利要求4所述的设备,其中,所述比值沿着所述运动方向线性变化。
7、如权利要求4所述的设备,其中,所述体模(210)包括其中所述比值为0的区域。
8、如权利要求1所述的设备,其中,所述体模(210)包括用于容纳造影剂材料的第一室(210a)。
9、如权利要求8所述的材料,其中,所述第一室(210a)包括横截面,并且其中,所述横截面的面积沿着所述运动方向而变化。
10、如权利要求9所述的设备,其中,所述体模(210)包括用于包含造影剂材料的第二室(210b)。
11、如权利要求10所述的设备,其中,所述第一室(210a)和所述第二室(210b)由分隔器(309)分隔,并且其中,所述分隔器以相对于所述运动方向倾斜的角度设置。
12、如权利要求1所述的设备,其中,所述体模(210)包括第一和第二纵向设置的材料层,并且其中,所述第一和第二材料层具有不同物理特征值。
13、如权利要求1所述的设备,其中,所述体模(210)包括多个横向材料层(310、312)。
14、如权利要求1所述的设备,其中,所述体模(210)的运动模拟由于将造影剂引入到活体对象中引起的感兴趣区域中的所述物理特征的变化。
15、如权利要求1所述的设备,其中,所述体模(210)的运动模拟在注射了造影剂之后造影剂增强的血液的到达。
16、如权利要求1所述的设备,包括适于接收来自造影剂注射器界面(34)的触发信号并使所述致动器(204)响应于所述触发信号而运动的控制器(212)。
17、一种方法,包括:
将体模(210)相对于医学成像扫描仪(10)的对象支架(16)定位,所述扫描仪生成指示所检查对象内部物理特征的信息;
使用致动器(204)来使体模(210)相对于对象支架(16)运动以便改变感兴趣区域(702)中的所述物理特征的值;
扫描所述感兴趣区域(702);
在所述体模(210)的运动过程中多次重复所述扫描步骤;
使用来自多次扫描的信息多次确定所述感兴趣区域中的所述物理特征值。
18、如权利要求17所述的方法,其中,所述物理特征为辐射衰减。
19、如权利要求17所述的方法,其中,所述物理特征值的变化模拟造影剂增强的血管造影扫描过程中造影剂增强的血液的到达。
20、如权利要求17所述的方法,其中,所述物理特征值随时间线性变化。
21、如权利要求17所述的方法,其中,所述使用致动器的步骤包括使所述体模沿着运动方向运动,其中,所述体模(210)包括其中所述物理特征具有第一值的第一部分(210a)和其中所述物理特征具有第二值的第二部分(210b),并且其中,所述第一和第二部分之间的边界相对于所述运动方向倾斜。
22、如权利要求17所述的方法,其中,所述使用致动器的步骤包括使所述体模沿着运动方向运动,其中,所述体模(210)包括用于容纳造影剂材料的室(210a),并且其中,所述室的横截面沿着所述运动方向变化。
23、如权利要求17所述的方法,其中,所述体模(210)包括多个横向设置的材料层。
24、如权利要求17所述的方法,其中,所述体模(210)包括多个纵向设置的材料层。
25、如权利要求17所述的方法,包括确定所述物理特征值达到阈值的时间。
26、如权利要求17所述的方法,包括使用所述致动器(204)使所述体模(210)运动到起始位置并重复使用所述致动器(204)使所述体模(210)相对于所述对象支架运动的步骤,扫描所述感兴趣区域(702),多次重复所述扫描步骤,并多次使用来自所述多次扫描的信息。
27、一种设备,包括:
基座(202),其适于放置在扫描仪(10)的检查区域(14)中,该扫描仪生成指示所检查对象内部物理特征的信息;
由所述基座(202)承载并且可以相对于所述基座沿着运动方向运动的体模(210),其中,所述体模(210)包括其中所述物理特征具有第一值的第一部分(210a)和其中所述物理特征具有第二值的第二部分(210b);
致动器(204),其使得所述体模(210)相对于所述基座(202)沿着所述运动方向运动以便改变感兴趣区域中的所述物理特征值。
28、如权利要求27所述的设备,其中,所述体模(210)包括适于容纳造影剂材料的第一室和适于容纳造影剂材料的第二室,其中,所述第一室限定了所述第一部分,所述第二室限定了所述第二部分。
29、如权利要求27所述的设备,其中,所述体模(210)包括所述第一和第二部分之间的边界,并且其中,所述边界相对于所述运动方向倾斜。
30、如权利要求27所述的设备,包括控制器(212),其响应于输入信号使所述致动器开始运动。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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