CN102576471A - 生成医学图像的视图 - Google Patents
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Abstract
一种用于生成医学图像的视图的系统,包括用于接收指示患者的疑似诊断的信息的输入装置(1)。用于接收患者的医学图像的输入装置(2)。用于将所述患者的疑似诊断映射到用于观察医学图像的观察参数集的映射器(3)。用于根据所述观察参数集提供医学图像的视图的视图生成器(8)。用于将疑似诊断映射到通用观察参数集的数据库(4)。用于基于医学图像的内容将所述通用观察参数集转换成图像特异性观察参数集的转换器(5)。
Description
技术领域
本发明涉及生成医学图像的视图。
背景技术
随着医学成像技术的进步,通过医学扫描器采集越来越多的图像数据集以便于诊断。对于具体的患者而言,基于收集到的关于该患者的信息,临床医师有确定对该患者的诊断的任务。为此,临床医师可能会做出假设诊断,寄希望于基于患者的检查结果,例如医学图像或实验结果,来证实或拒绝所做出的假设诊断。对于医学图像,临床医师将假设映射到可能有助于证实或拒绝诊断的图像发现中。为了获得图像发现,临床医师不仅需要使用诸如x射线、CT或MR的成像模态采集必要的医学图像,还需要生成所采集的医学图像数据的适当视图。可以使用图像处理系统生成这样的视图。这种视图生成例如可以包括手动设置适当的对比度和亮度水平、缩放水平以及拍摄范围(panning)。可能需要处理三维图像数据以创建例如切片视图、多平面重组视图或来自具体透视图的透视视图。在这一过程中,视图的手动生成可能非常耗时。例如,为了诊断具体类型的肿瘤,必要的图像发现可能包括在器官的特定区域中的血管增强。为了能够从3D医学图像获得这样的图像发现,临床医师将必须创建示出器官内的具体血管的适当截面视图或3D绘制视图。这些步骤可能是耗时的。
发明内容
拥有一种经改进的用于生成医学图像的视图的系统将是有利的。为了更好的解决这一问题,在本发明的第一方面提出了一种系统,其包括
-用于接收与患者的疑似诊断有关的信息的输入装置;
-用于接收患者的医学图像的输入装置;
-用于将患者的疑似诊断映射到用于观察医学图像的观察参数集的映射器;以及
-用于根据观察参数集提供医学图像的视图的视图生成器。
因此,该系统通过观察参数集提供了与疑似诊断相关联的医学图像的视图。通过自动生成与疑似诊断有关的视图,免去了临床医师手动生成视图从而证实或拒绝该诊断的负担。因此,观察医学图像以进行诊断由于需要的手动操作更少而变得更为有效。此外,因为视图是自动提供的,所以视图生成可以变得更为一致。
映射器可以包括用于将疑似诊断映射到通用观察参数集的数据库,以及用于基于医学图像的内容将通用观察参数集转换成图像特异性观察参数集的转换器。在许多情况下,仅可以相对于图像内容的一些方面获得预期的视图。映射表和转换器考虑到这一图像内容使观察参数具有图像特异性。这允许提供更为精确的视图,从而能够证实或拒绝具体的疑似诊断。
可以关于医学模型限定通用观察参数,并且所述转换器可以包括
-用于调节图像模型以适应医学图像,进而获得调节参数集的模型调节器;以及
-用于基于调节参数集将通用观察参数集调节至图像特异性观察参数集的参数调节器。
可以关于图像模型表达通用观察参数集,这是表达通用观察参数的相对鲁棒和直观的方式。
所述模型可以包括形状模型。形状模型例如适于定位期望存在于图像中的对象。通过相对于形状模型限定通用观察参数,可以相对于期望在图像中出现的对象来表达通用观察参数。
通用观察参数可以包括相对于图像模型的几何参数。几何图像参数是视图的重要方面。相对于图像模型对几何图像参数进行限定允许以适于许多图像的通用方式限定几何图像参数,所述几何图像参数可以用于做出具体的疑似诊断。例如,关于形状模型给出了通用观察参数中的一个或多个。
可以提供用于指示医学图像的视图所涉及的图像发现的图像发现指示装置。这样,提示系统的用户他可以利用这一视图得到的图像发现。这允许用户理解为什么系统生成这一视图。此外,其使得用户容易知晓他可以在该图像中找到的内容。可以提供用于向用户指示与医学图像的视图相关联的疑似诊断的疑似诊断指示装置。这有助于向放射线专家提醒疑似诊断。
映射器可以被布置成生成观察参数集的排序列表;输出装置可以被布置成以排序列表所限定的顺序根据相应的观察参数集提供医学图像的相应视图。这允许有效地回顾观察与做出诊断相关的有用图像的序列。
医学成像工作站可以包括前述图像处理器系统。
一种图像处理的方法可以包括
-接收与患者的疑似诊断相关的信息;
-接收患者的医学图像;
-将患者的疑似诊断映射到用于观察医学图像的观察参数集;以及
-根据观察参数集提供医学图像的视图。
可以提供一种计算机程序产品,其包括用于令计算系统执行上述方法的计算机可执行指令。
本领域技术人员应当认识到,上述实施例、实施方式和/或本发明的各方面中的两个或更多个可以以认为有用的任意方式进行组合。
本领域技术人员基于本说明书可以与所述对系统的修改和变型相对应地执行对图像采集设备、工作站、方法和/或计算机程序产品的修改和变型。
本领域技术人员应当认识到,所述方法可以被应用于多维图像数据,例如应用到2维(2-D)、3维(3-D)或4维(4-D)图像,所述图像可以由各种采集模态采集,这些采集模态例如但不限于:标准X射线成像、计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、超声(US)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)和核医学(NM)。
在独立权利要求中限定了本发明。在从属权利要求中限定了有利实施例。
附图说明
参考附图将进一步阐明和描述本发明的这些方面和其他方面,在附图中
图1示出了图示出图像处理系统的各方面的方框图;
图2示出了表示生成视图的方法的方框图;
图3示出了形状模型的范例的可视化;
图4示出了关于形状模型限定的切平面;
图5示出了MR脑部图像的矢状切片;
图6示出了与MR脑部图像拟合的形状模型;
图7示出了与关于形状模型限定的切平面对应的MR脑部图像的相交面。
具体实施方式
对于给定的患者,基于患者的数据,特别是基于所采集的医学图像数据集以及一个或多个关于疾病或诊断的初始假定,放射专家必须证实或拒绝所述假定以导出不同的诊断。为此,他将假设映射到假设特异性图像发现,这种发现将证实或拒绝这种假设。如果临床医师能够验证这样的图像发现,则他可以证实所述假设,否则他可以拒绝所述假设。或者,验证特定图像发现的存在的能力可以是诊断患者过程的一部分。为了证实或拒绝图像发现的存在,临床医师生成患者数据的适当视图,并识别视图中的发现。生成患者数据的视图以验证支持或拒绝给定假设的图像发现是由放射专家/医生(读者)主要通过手动执行的耗时过程。
为了实现快速的视图生成,提供了一种系统,其将假设自动映射到适当的观察信息,以证实或拒绝图像发现。这种观察信息可以包含例如关于解剖模型的投影信息、关于组织模型和/或成像协议的查找表、针对多幅图像的融合参数,或者指导计算系统在显示医学图像时高亮显示特定结构的信息。
用于执行从假设到一种显示医学图像的特定方式的映射的信息可以存储在医学百科全书或数据库中,其可以集成在医学图像处理系统中。
图1图示了一种用于生成医学图像的视图的系统。该系统的一个或多个单元可以使用包含指令的软件代码来实施,所述包含指令的软件代码用于在诸如医学工作站、个人计算机,或者诸如PACS的分布式医学图像存储、检索和可视化系统的计算系统上运行。这样的计算系统包括至少一个能够执行软件代码的处理器,以及用于存储软件代码和/或所处理的医学图像数据的存储装置。这样的存储器可以包括RAM、ROM、硬盘驱动或诸如DVD介质的可移除介质。可以提供用于通过诸如网络的通信链路来接收和发送数据的通信装置,所述网络例如为LAN、广域网、虚拟私人网络或因特网。可以通过网络发送的数据包括关于疑似诊断的信息、医学图像数据或观察参数集。同样,可以提供用于实现与人类操作员交互的硬件。这样的硬件可以包括鼠标、键盘和/或显示器。显示器可以用于显示存储在存储装置中的医学图像的视图。人交互可以包括选择特定的患者,以及指示疑似诊断。因此,可以提供用于接收指示患者的疑似诊断的信息的输入装置1。这样的疑似诊断例如还可以称之为潜在诊断或假设诊断。可以通过使用户指示疑似诊断来获得所述信息。例如,还可以从医学图像数据集伴随的并与特定成像协议相关的元数据导出所述信息。还可以从电子患者档案中导出所述信息。
可以提供用于接收患者的医学图像的输入装置2。如上所述,例如可以从存储装置或者经由网络连接从服务器获得医学图像。还可以直接从医学图像采集设备获得医学图像。
可以提供用于将患者的疑似诊断映射到用于观察医学图像的观察参数集的映射器3。所述观察参数集指示图像处理技术,专用系统将所述图像处理技术应用于医学图像以生成图像的视图,相关的图像视图使临床医师能够决定疑似诊断是对患者的正确诊断还是错误诊断。例如,映射器3可以被布置成提供限定图像的特定横截平面的参数,所述横截平面在图像内具有特定的取向和位置,并指示医学图像的多平面重组。
可以提供用于根据观察参数集提供医学图像的视图的视图生成器8。在限定特定横截平面的参数的范例中,视图生成器可以被布置成生成经由输入装置2提供的医学图像的多平面重组,所述多平面重组对应于由观察参数集限定的横截平面。
可以提供用于输出由视图生成器8生成的医学图像的视图的输出装置9。例如,输出装置9可以连接到显示器从而在显示器上向用户显示医学图像的视图。例如,用户可以是放射专家或临床医师。输出装置9还可以布置成存储由视图生成器8提供的视图和/或存储由映射器3生成的患者特异性观察参数。输出装置9还可以被布置成将视图或患者特异性观察参数发送至诸如服务器的另一计算机系统,例如用于将所述数据存储在患者数据库中。
映射器3可以包括用于将疑似诊断映射到通用观察参数集中的数据库4。其中,通用观察参数可以是独立于特定患者或独立于患者的特定医学图像的观察参数。通用观察参数能够实现对非患者特异性视图的形式化描述。
映射器3可以包括用于将通用观察参数集转换成图像特异性观察参数集的转换器5。这一转换可以基于医学图像的内容。
数据库4可以被布置成将疑似诊断映射到关于图像模型限定的通用观察参数集中。所述数据库还可以被布置成将疑似诊断映射到对相关图像模型的识别。转换器5可以包括用于调节图像模型以适应医学图像的模型调节器6。这一调节过程可以获得调节参数集。调节参数集可以表示图像模型与医学图像之间的差别。
转换器5还可以包括用于基于调节参数集将通用观察参数集调节到图像特异性观察参数集的参数调节器7。因此,调节参数集可以被用于将通用观察参数集转换成图像特异性观察参数集。
图像模型可以包括形状模块。备选地或此外,图像模型可以包括在图像中出现的图像强度水平的模型,例如在部分图像或在整幅图像中的图像强度水平的平均和/或标准偏差。图像的至少一部分的直方图还可以用作图像模型。通用观察参数可以包括关于形状模型的一个或多个几何参数。通用观察参数还可以包括关于图像模型的一个或多个转换函数参数。这样的转换函数参数可以包括,例如根据图像或部分图像中的平均强度水平的,亮度、对比度、窗口宽度、窗口水平、伽马水平等。图像特异性参数集可以对图像的局部部分是特异性的。例如,通用观察参数集可以被转变成在图像上依赖于局部图像内容而改变的图像特异性参数。
可以提供用于向用户指示医学图像的视图所涉及的图像发现的指示装置。这允许用户快速知晓在医学图像的视图中要查找的内容。所述指示可以以文本标签、声音提示或表示图像发现的视觉图标的形式提供。类似地或备选地,指示装置可以被布置成向用户指示与医学图像的视图相关联的疑似诊断。
映射器3可以被布置成生成观察参数集的排序列表。视图生成器8可以被布置成以所述排序列表所限定的顺序根据相应的观察参数集提供医学图像的相应视图。这有助于通过以允许临床医师有效观察的顺序排列所述视图从而改善工作流程。
图2图示了生成医学图像的视图的方法。步骤100包括接收与患者的疑似诊断相关的信息。步骤101包括接收患者的医学图像。步骤102包括将患者的疑似诊断映射到用于观察医学图像的观察参数集。步骤103包括根据所述观察参数集提供医学图像的视图。所述方法适于以计算机程序产品实现。
为了生成观察参数,一种用于提供医学图像的视图的系统可以允许使用关于假设的机能紊乱的信息和/或其他视图相关的信息(例如在采集数据时所应用的相应成像协议)来进行查询。然后,该系统可以提供视图的(可能经排序的)列表以及关于参考模型限定的对应观察参数集。然后,可以调节(自动地或半自动地)参考模型以适应实际的患者图像数据集,并且可以将所得到的调节参数用于调节观察参数以适应患者数据。经调节的观察参数可以被用于生成相应的视图。
用于执行所描述的映射的信息可以包括具有相关联的图像发现和/或观察参数的多种可能的假设(具体而言为假设诊断)。可以将这一信息存储在数据库中。
例如,可以自动检索观察参数集以读取对具有包括视力下降的症状的患者的成像研究。我们假定要求放射专家执行并检查医学图像,例如对这一患者的脑部MRT1W扫描,并且假设,可能存在视神经紊乱或视神经鞘紊乱。
“视神经紊乱”和“视神经鞘紊乱”的假设可以用于查询可以执行从诊断假设到视图的映射的系统。例如,该系统可以包括还包含可能的图像发现的数据库。此外,所述系统可以包括对与这种可能的图像发现或假设诊断对应的观察参数集的形式化描述。例如,对于“视神经紊乱”或“视神经鞘紊乱”而言,所述数据库可以包含诸如表1中所示的条目的列表。根据表中的各条目,所述系统可以以视图的列表作为响应。视图可以通过例如投影信息和/或诸如窗口/水平参数的附加参数来表征。可以提供关于标准解剖参考模型(例如有关人类视神经的中心线的模型)的几何观察参数,并且可以提供关于所述模型(例如对应于视神经的轴向视图、径向视图或冠状视图)的标准投影规范。可以给出关于参考图像的预定属性(例如,可以收集图像的直方图数据,为其给出预期的转换函数参数)的转换函数参数,例如窗口/水平观察参数。可以为不同的投影方法(例如最大强度投影(MIP)或直接体积绘制)提供观察参数。可以提供关于不同模型的观察参数。例如,可以以用于CT数据的Hounsfield单位给出关于针对MR数据的图像中的平均强度水平的窗口/水平设置。限定投影矩阵的观察参数可以关于诸如明确限定的采集坐标系的特定坐标系进行限定。
所述系统可以提供视图的排序列表。这些视图可以每幅都与不同的观察参数集相关联。这些不同的观察参数集可能与相同的模型或者与不同的模型有关。例如,可以根据相应的疾病子类的发生概率、或者根据相应疾病子类的诊断的紧迫性对视图的列表进行排序。这样的概率或紧迫性可以进行量化和/或向用户显示。同样,关于要在视图中搜索的预期图像发现的信息可以显示给系统的用户,例如作为所生成的视图的注释显示给用户。
通用视图参数与患者图像数据的匹配可以自动地执行,例如借助自动的基于模型的分割来执行。在关于视神经限定的观察参数的范例中,包括视觉路径(包括例如眼球、视交叉、视神经和/或视束)的表面模型的形状模型可以进行调节以适应患者数据。还可以提供这种表面模型(其可以包括关于如何调节该模型以适应通过具体协议采集的患者图像数据的信息)作为系统的参考模型。模型调节可以得到对指示视觉路径的结构的患者图像数据的注释。可以从这一注释中自动获得患者视神经的主要部分的中心线的几何表示。类似地,可以从经调节的模型中导出轴向/径向/冠状投影方向。然后,为了生成视图,可以调节由数据库提供的投影矩阵以适应患者数据。例如,为了生成垂直于左视神经的中心线的一系列5幅间距相等的斜冠状位视图的第一幅,通过基于模型的分割从患者数据提取的对应中心线可以被分成5个间距相等的间隔。然后可以将第一间隔的视图限定为在具有固定几何扩展,例如5×5cm(如在数据库返回的视图描述中限定的)的、在第一间隔的开始点处垂直于中心线方向的平面。所得到的(患者特异性)投影矩阵可以与数据库提供的(通用)投影矩阵相乘,以得到假设特异性和针对患者调节的投影信息。为了生成MR数据的切片视图,绘制引擎可以附加地使用针对患者调节的窗口/水平参数集。为此,能够通过将一定范围的仿射变换应用到直方图限值(limit)并使平方根误差最小化,来计算患者图像数据的直方图并自动地将其匹配到由数据库提供的参考直方图。可以将最佳匹配仿射变换应用于相应视图上的窗口/水平参数,从而得到针对患者调节的窗口/水平参数。
其他种类的视图描述可以存储在数据库中。例如,可以限定能够用于生成视频序列的参数。同样地,可以限定包含多个图像数据集的融合视图,所述数据集可以使用不同的成像模态进行采集。同样地,可以限定将一位患者的数据与另一患者的数据进行组合的视图。可以提供完整的观察工作流程。例如,可以限定应当生成哪一视图,其包括应当特别观看哪一解剖结构的标签,指示哪一图像发现是正常的而哪一图像发现是不正常的,或者必须执行哪一措施等。在查询中,数据库可能不仅会给出患者图像数据的假设和/或属性,而且会给出数据库应当返回其视图规格所针对的模型参考。
图3到图7图示了针对脑部MR数据集的系统的范例应用。相似的条目用相同的附图标记表示。图3图示了包含脑301、视神经304和眼球302和303的适应性形状模型300的图像模型。图4图示了关于图像模型、特别是关于适应性形状模型300限定的通用观察参数集的概念。所述通用参数限定了关于适应性形状模型300的切平面401。例如,所述通用观察参数关于适应性形状模型300的点指示出切平面401上的点以及切平面401的法向矢量。图5图示了包含脑501的三维医学图像的二维切片。在图中仅呈现了构成三维医学图像的许多切片中仅一个切片,因为附图仅是作为图示说明的目的。然而,本文所公开的技术还可以应用于二维图像。可以通过对适应性形状模型300施加一次或多次几何结构变换,而调节适应性形状模型300以适应图5中所示的医学图像。调节适应性形状模型以适应特定医学图像的过程在本领域中是已知的。通过记录在调节过程中对适应性形状模型做出的调节,可以获得适应性参数集。图601图示了具有经调节的模型601的医学图像的切片,其表示经调节以适应医学图像的适应性形状模型300。再次,在该图中仅示出了医学图像的二维切片和经调节的模型601。基于调节参数,限定切平面401的通用观察参数可以进行调节以适应所述医学图像。例如,如果已经执行对适应性形状模型300的旋转和/或平移以获得经调节的形状模型601,可以在切平面401上执行类似的旋转和/或平移操作。当以非刚性方式调节适应性形状模型300时,可以调节切平面以使其仍然固定于适应性形状模型中限定的一些特定锚定点。图7示出了当在将调节参数应用于限定切平面401的参数中之后将其应用于图6的医学图像时所得到的与切平面401对应的切平面。
表1列举了数据库条目的若干范例。在这样的数据库条目中,假设(例如,对正在回顾观察其医学图像数据的患者的假设或潜在诊断)与一个或多个图像发现相关联。图像发现与一个或多个视图描述相关联。在实际的系统中,提供了使用参数值的视图的形式化描述。在表1中,视图的形式化描述被忽略并被口头描述取代。
表1数据库条目的若干范例
例如,可以在PACS系统、在存储诊断信息的服务器、或者在医学工作站中实施上述系统。
应当认识到,本发明还扩展到被调节成实施本发明的计算机程序,具体扩展到在载体上或载体内的计算机程序。所述程序可以是源代码、目标代码、代码媒介源和目标代码的形式,例如部分编译的形式,或者是适于在实施根据本发明的方法中使用的任意其他形式。还应当认识到,这样的程序可以具有许多不同的架构设计。例如,实施根据本发明的方法或系统功能的程序代码可以细分成一个或多个子例程。在这些子例程之间分配功能的许多不同方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。所述子进程可以一起存储在一个可执行文档中以形成自包含的程序。这样的可执行文档可以包括计算机可执行指令,例如处理器指令和/或解释指令(例如Java解释指令)。或者,子例程中的一个、多个或全部存储在至少一个外部库文档中,并例如在运行时与主程序静态地或动态地链接。主程序包含对子例程中的至少一个的至少一次调用。同样地,子例程可以包括对彼此的功能调用。一个涉及计算机程序产品的实施例包括与前述方法中的至少一个的处理步骤中的每个对应的计算机可执行指令。这些指令可以被细分为子例程和/或存储在可以静态或动态链接的一个或多个文档中。涉及计算机程序产品的另一实施例包括与前述系统和/或产品中的至少一个的装置中的每个对应的计算机可执行指令。这些指令可以被细分成子例程和/或存储在可以静态和/或动态链接的一个或多个文档中。
计算机程序的载体可以是能够承载程序的任何实体或装置。例如。所述载体可以包括诸如ROM存储介质,例如CD ROM或半导体ROM;或磁记录介质,例如软盘或硬盘。此外,所述载体可以是可传输的载体,例如电或光信号,其可以经由电缆或光缆或者通过射频或其他手段传递。当所述程序被嵌入到这种信号中时,可以通过这种线缆或其他装置或模块构成载体。或者,所述载体可以是其中嵌入有所述程序集成电路,所述集成电路适于执行相关的方法、或在执行相关的方法中使用。
应当认识到,上述实施例用于说明而非是限制本发明,并且本领域技术人员能够在不脱离本发明权利要求范围的情况下能够设计许多备选实施例。在权利要求中,任何置于括号之间的附图标记不应当解释为对权利要求构成限制。“包括”一词以及其结合的使用并不排除包括权利要求中所述的那些元件或步骤之外元件或步骤。不定冠词“一”或“一个”并不排除多个此类元件的存在。本发明可以通过包括若干分立元件的硬件方式实施,以及通过适当编程的计算机的方式实施。在装置权利要求中列举了若干模块,这些模块中的一些可以通过硬件中的一个或相同内容实现。在相互不同的从属权利要求中所应用的特定措施并不指示不能有利的使用这些措施的组合。
Claims (11)
1.一种用于生成医学图像的视图的系统,包括
-用于接收指示患者的疑似诊断的信息的输入装置(1);
-用于接收所述患者的医学图像的输入装置(2);
-用于将所述患者的所述疑似诊断映射到用于观察所述医学图像的观察参数集的映射器(3);以及
-用于根据所述观察参数集提供所述医学图像的视图的视图生成器(8)。
2.根据权利要求1所述的图像处理系统,所述映射器(3)还包括
-用于将疑似诊断映射到通用观察参数集的数据库(4);以及
-用于基于所述医学图像的内容将所述通用观察参数集转换成图像特异性观察参数集的转换器(5)。
3.根据权利要求2所述的图像处理系统,所述通用观察参数是关于图像模型进行限定的,并且所述转换器(5)包括
-用于调节所述图像模型以适应所述医学图像,进而获得调节参数集的模型调节器(6);以及
-用于基于所述调节参数集,调节所述通用观察参数集以适应所述图像特异性观察参数集的参数调节器(7)。
4.根据权利要求3所述的图像处理系统,所述图像模型包括形状模型。
5.根据权利要求3所述的图像处理系统,所述通用观察参数包括关于所述图像模型的通用参数。
6.根据权利要求1所述的图像处理系统,包括用于向用户指示所述医学图像的视图所涉及的图像发现的图像发现指示装置。
7.根据权利要求1所述的图像处理系统,包括用于向用户指示与所述医学图像的视图相关联的疑似诊断的疑似诊断指示装置。
8.根据权利要求1所述的图像处理系统,
所述映射器(3)被布置成生成观察参数集的排序列表;
所述视图生成器(8)被布置成以所述排序列表所限定的顺序,根据相应的观察参数集提供所述医学图像的相应视图。
9.一种包括根据权利要求1所述的图像处理系统的医学成像工作站。
10.一种生成医学图像的视图的方法,包括
-接收(100)与患者的疑似诊断相关的信息;
-接收(101)所述患者的医学图像;
-将所述患者的所述疑似诊断映射(102)到用于观察所述医学图像的观察参数集;以及
-根据所述观察参数集提供(103)所述医学图像的视图。
11.一种计算机程序产品,包括用于令计算系统执行根据权利要求10所述的方法的计算机可执行指令。
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