CN107743380B - 确定针对瓣膜定位的c型臂成角 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角。为了进一步改善关于瓣膜假体的正确定位的工作流程,描述了提供(12)患者的心脏的主动脉根的2D图,其中,所述2D图像以可视且不同的方式包括所述心脏的三个尖瓣。此外,在所述2D图像中指示(14)所述三个尖瓣的2D位置。提供(16)主动脉尖瓣方位的分析3D模型,并且基于所述2D位置和所述分析3D模型计算(18)所述三个尖瓣的3D位置。更进一步的,最佳C型臂成角基于计算出的所述尖瓣的3D位置来被计算(20),其中,在所述最佳C型臂成角中,所述三个尖瓣在2D图像中被对齐。所述最佳C型臂成角然后被提供用于进一步的图像采集步骤。

Description

确定针对瓣膜定位的C型臂成角
技术领域
本发明涉及一种用于针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角的装置,涉及一种医学成像系统,并且涉及一种用于针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角的方法,以及涉及一种计算机程序单元和一种计算可读介质。
背景技术
例如,在经主动脉瓣膜植入(TAVI)程序期间,瓣膜假体的定位是重要的任务。正确的定位例如可以是有益的,以便最小化会影响未来心脏性能的主动脉瓣周漏。瓣膜的精确定位可以在规划阶段期间由介入医师确定,以确保冠状动脉口不会被堵塞并且最小化主动脉瓣周漏的风险。换言之,正确的定位旨在得到该程序的最佳可能的结果。作为一范例,US2011/0096969A1涉及用于形状约束主动脉瓣膜标记检测的方法和系统。标记检测使用3D医学图像来提供。然而,已经表明,确定需要3D医学图像并且因此会是繁冗的。检测到的标记然后可以用于瓣膜假体的定位。
发明内容
因此可以存在对进一步改善关于瓣膜假体的正确定位的工作流程的需要。
本发明的目的是通过独立权利要求的主题来解决,其中,进一步的实施例被包含在从属权利要求中。应当注意,本发明的以下描述的方面也适应于用于针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角的装置、医学成像系统、用于针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角的方法,并且适用于计算机程序单元和计算机可读介质。
根据本发明的第一方面,提供了一种用于针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角的装置。所述装置包括输入设备、处理设备和输出设备。所述输入设备被配置为提供患者的心脏的主动脉根的2D图像。所述2D图像以可视且不同的方式包括所述心脏的三个尖瓣。所述输入设备还被配置为提供主动脉尖瓣方位的分析3D模型。所述处理设备被配置为在所述2D图像中指示所述三个尖瓣的2D位置,并且基于所述2D位置和所述分析3D模型计算所述三个尖瓣的3D位置。所述处理设备还被配置为基于计算出的所述尖瓣的3D位置计算C型臂成角。计算出的成角使得,在使用所述成角采集的另外的2D图像中,所述三个尖瓣在2D图像中被对齐。所述输出设备被配置为提供所述C型臂成角。
因此,仅需要患者的心脏的主动脉根区域的2D图像,并且通过将关于2D图像中的三个尖瓣的位置的信息传递到3D模型世界内,提供了相应的空间信息,所述相应的空间信息之后用于确定针对心脏瓣膜定位优化的C型臂成角。
在本专利申请的背景下,因此确定或计算的成角也被称为“最佳”C型臂成角。在例如X射线成像设备的C型臂根据计算的成角进行定位的情况下,投影图像可以被采集为最佳地描绘主动脉根的尖瓣的另外的2D图像。即,计算的C型臂成角可以为X射线成像设备提供实现实况X射线图像的采集的取向,其中,主动脉的三个尖瓣在例如心脏瓣膜放置期间以最佳方式对介入医师可视。
根据第二方面,提供了一种医学成像系统,所述医学成像系统包括X射线成像设备和根据上面提到的范例的用于针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角的装置。所述成像设备被配置为将所述2D图像提供为实况2D X射线图像。所述装置还被配置为为所述X射线成像设备提供计算出的C型臂成角,用于将另外的2D图像采集为实况2D X射线图像。优选地,一系列这样的另外的2D图像可以被采集。
因此,在心脏瓣膜定位期间用于X射线引导的医学成像系统例如还将2D图像提供为实况2D X射线图像,以便然后计算最佳C型臂成角,所述最佳C型臂成角然后能够用于另外的图像采集。
根据第三方面,提供了一种用于针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角的方法。所述方法包括以下步骤:
a)提供患者的心脏的主动脉根的2D图像;其中,所述2D图像以可视且不同的方式包括所述心脏的三个尖瓣;
b)在所述2D图像中指示所述三个尖瓣的2D位置;
c)提供主动脉尖瓣方位的分析3D模型;
d)基于所述2D位置和所述分析3D模型计算所述三个尖瓣的3D位置;并且
e)基于计算出的所述尖瓣的3D位置计算C型臂成角,其中,在使用所述C型臂成角采集的另外的2D图像中,所述三个尖瓣被对齐,并且还提供所述最佳C型臂成角。
因此,在例如心脏瓣膜放置期间支持介入医师的便利方式通过基于主动脉根的2D图像结合分析3D模型确定最佳C型臂成角来提供。因此,提供用于计算最佳C型臂成角的基础所需的图像采集被降至最低程度,这也意味着鉴于被施加于患者的X射线剂量的至少一些减轻。此外,通过使用来自2D图像的数据并且将此与被包括在分析3D模型中的信息进行组合,计算任务也被降至最低程度。
根据范例,每个尖瓣包括铰接点,并且在对齐状态下,所述尖瓣的所述铰接点被布置在共同线上。
因此,提供了图像分析的又一便利方式,因为铰接点能够在2D图像中被容易地识别,并且用于C型臂的最佳观察角度的确定与铰接点被布置在其上的共同线形式的简化模型有关。
根据范例,所述三个尖瓣是等距的,具有大约主动脉半径的标准距离。
因此,鲁棒且进一步便利的模型或假设被使用,其进一步改善了最佳观察角度的确定。
根据范例,所述分析3D模型以患者相关的方式包括所述三个尖瓣的空间布置。
因此,例如基于之前采集的3D图像信息,3D模型可谓适合于检查下的患者。因此,从2D图像的信息到分析3D模型的3D空间内的传递被进一步改善。
根据范例,所述2D图像是单个实况2D X射线图像。所述最佳C型臂成角然后可以被提供用于另外的实况2D X射线图像的另外的采集。
根据范例,第一步骤(即步骤a))中的所述2D图像涉及几乎最佳的C型臂成角。
通过从可谓预先优化的预先视图或初始2D图像采集开始,改善了总体结果并且促进了处理步骤。
根据另一范例,还提供了旋转C型臂以匹配所确定的C型臂最佳成角,并且采集2D图像数据。
例如,进一步采集的2D图像数据然后能够用于针对定位瓣膜假体的定位程序的引导或观察。
根据范例,在所述2D图像中对所述心脏的所述三个尖瓣的所述2D位置的所述指示是通过自动检测被自动提供的。
因此,外科医生的负担被进一步减轻。
在范例中,对所述2D位置的所述指示是通过手动用户交互来提供的。
根据一个方面,一个第一血管造影图像利用几乎最佳的C型臂成角来进行采集,其中,至少三个尖瓣是清楚可视且不同的。在该血管造影图像中,三个尖瓣由介入医师手动地指示或被自动地检测。算法根据三个尖瓣的2D位置计算尖瓣的3D位置。提供主动脉尖瓣方位的分析模型以确保唯一的3D解。最佳C型臂成角能够根据尖瓣的3D位置导出。在范例中,C型臂例如经由自动位置控制被旋转以匹配该最佳成角。
参考下文描述的实施例,本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。
附图说明
本发明的示范性实施例将会在下文中参考附图进行描述:
图1示出了用于针对心脏瓣膜定位确定最佳C型臂成角的方法的范例;
图2示出了共同平面中的三个主动脉尖瓣和其铰接点的示意图示;
图3示出了用于针对心脏瓣膜定位确定最佳C型臂成角的方法的又一范例;
图4示出了用于针对心脏瓣膜定位确定最佳C型臂成角的方法的另一范例;
图5示出了用于针对心脏瓣膜定位确定最佳C型臂成角的装置的范例的示意设置;
图6示出了医学成像系统的范例的示意设置;并且
图7示出了用于确定最佳C型臂成角的方法的工作流程的范例的图示。
具体实施方式
图1示出了用于在其基本步骤中针对心脏瓣膜定位确定最佳C型臂成角的方法10。所述方法包括以下:
在第一提供步骤12(也被称为步骤a))中,提供了患者的心脏的主动脉根的2D图像。所述2D图像以可视且不同的方式包括心脏的三个尖瓣。
在指示步骤14(也被称为步骤b))中,指示2D图像中的三个尖瓣的2D位置。
在第二提供步骤16(也被称为步骤c))中,提供了主动脉尖瓣方位的分析3D模型。
在第一计算步骤18(也被称为步骤d))中,三个尖瓣的3D位置基于2D位置和分析3D模型来进行计算。
在第二计算步骤20(也被称为步骤e))中,最佳C型臂成角基于计算出的尖瓣的3D位置来进行计算。在最佳C型臂成角中,三个尖瓣在2D图像中被对齐。还提供了最佳C型臂成角。
2D图像是2D X射线图像。例如,2D图像被提供为2D血管造影图像。术语“血管造影图像”涉及患者的心脏区域的血管的可视化。在范例中,图像基于投影的X射线辐射。在范例中,造影剂在2D图像的采集期间存在。
在步骤a)中,提供了单个2D图像,例如单个血管造影图像。
在对齐状态下,三个尖瓣被布置在(虚拟)共同线上。
“分析3D模型”涉及关于三个尖瓣的相对定位的3D信息。例如,三个尖瓣是近似等距的,具有大约主动脉半径的标准距离。
术语“可视且不同的”涉及示出三个尖瓣使得它们能被手动地或自动地识别。
根据范例,每个尖瓣包括铰接点,并且在对齐状态下,尖瓣的铰接点被布置在共同线上。
例如,图2示出了三个主动脉尖瓣22a、22b和22c的示意设置。此外,指示了铰接点24a、24b和24c。铰接点24a-c被布置在虚拟共同平面26上。
在范例中,2D图像中的三个尖瓣的2D位置的指示(步骤b))基于在2D图像中确定铰接点。
根据未进一步示出的范例,三个尖瓣是等距的,具有大约主动脉半径的标准距离。
在范例中,当前尖瓣是等距的,具有大约当前主动脉半径(即目前患者的主动脉半径)的标准距离。
在未进一步示出但是被提供作为选项的范例中,分析3D模型以患者相关的方式包括三个尖瓣的空间布置。
尖瓣的空间布置可以适合于感兴趣的(当前)患者。分析3D模型也能够被称为患者特异性3D模型。
在未进一步示出的范例中,分析3D模型根据患者的3D图像数据导出。
在又一范例中,分析3D模型基于主动脉尖瓣方位的患者特异性模型,其中,患者特异性模型根据术前3D图像数据导出。
在另一范例中,分析3D模型基于一般模型,所述一般模型情况特异地适合于与当前患者相匹配。
在范例中,术前3D图像数据涉及CT体积数据。例如,主动脉之前已经在3D中进行分割。
根据未进一步详细示出的范例,2D图像是单个实况2D X射线图像。作为又一选项,提供了最佳C型臂成角被提供用于另外的实况2D X射线图像的另外的采集,如在图1中作为选项通过指示另外的采集的虚线框架28指示的。
例如,实况2D X射线图像被提供为利用造影剂的荧光透视图像。在范例中,实况2DX射线图像被提供为血管造影图像。
在范例中,实况2D X射线图像用于TAVI程序期间的瓣膜放置和部署。
根据范例,步骤a)中的2D图像涉及几乎最佳的C型臂成角。
术语“几乎最佳的”涉及相距最大大约+/-90°的最佳C型臂成角的偏差,例如多达大约+/-45°的偏差,诸如30°或更少。在完美或最佳C型臂成角中,三个尖瓣在以该最佳C型臂成角获取的2D X射线图像中被对齐。
图3示出了又一范例,根据该又一范例,还提供了旋转30C型臂以匹配步骤e)的确定的C型臂最佳成角的步骤f)。还提供了采集32 2D图像数据的步骤g)。
C型臂的旋转可以通过自动位置控制(APC)或通过手动交互来执行。在步骤f)后,瓣膜定位程序可以被提供,或也在步骤g)后,并且步骤g)中的另外的2D图像数据的采集能够用于监测瓣膜定位程序。
在另一选项中,在2D图像中对心脏的三个尖瓣的2D位置的指示通过自动检测被自动地提供。
在另一范例中,作为又一选项,在2D图像(例如血管造影图像)中对心脏的三个尖瓣的2D位置的指示通过手动用户交互来提供。
图4示出了又一选项,根据该又一选项,在步骤b)后,提供了检测34三个尖瓣是否被对齐的步骤。在对齐的情况下,用于步骤a)的2D图像的C型臂成角被提供为最佳C型臂成角,用于2D图像数据的另外的采集,该另外的采集利用又一框架36来指示。因此,如通过箭头38a和38b指示的步骤34可谓绕过步骤c)至e),并且因此进一步便于该程序。
图5示出了用于针对心脏瓣膜定位确定最佳C型臂成角的装置50的范例。装置50包括输入设备52、处理设备54和输出设备56。输入设备52被配置为提供患者的心脏的主动脉根的2D图像。2D图像以可视且不同的方式包括心脏的三个尖瓣。输入设备52还被配置为提供主动脉尖瓣方位的分析3D模型。处理设备54被配置为在2D图像中指示三个尖瓣的2D位置,并且基于2D位置和分析3D模型计算三个尖瓣的3D位置。处理设备54还被配置为基于计算出的尖瓣的3D位置计算最佳C型臂成角,其中,在最佳C型臂成角中,三个尖瓣在2D图像中被对齐。输出设备56被配置为提供最佳C型臂成角。
在范例中,处理设备被配置为提供主动脉尖瓣方位的分析3D模型。在又一范例中,处理设备包括接口设备以由用户在2D图像中指示三个尖瓣的2D位置。
根据未进一步示出的又一范例,处理设备被配置为提供分析3D模型,所述分析3D模型以患者相关的方式包括三个尖瓣的空间布置。
图6示出了医学成像系统60,医学成像系统60包括X射线成像设备62和用于针对心脏瓣膜定位确定最佳C型臂成角的装置64。装置64被提供为根据上面提到的图5的应用,即装置50。X射线成像设备被配置为将2D图像提供为实况2D X射线图像。装置64被配置为为X射线成像设备62提供计算的最佳C型臂成角,用于另外的实况2D X射线图像的采集。2D图像从成像设备到装置的提供利用第一箭头66来指示。计算的最佳C型臂成角到X射线成像设备的提供利用第二箭头68来指示。如上面提到的,X射线成像设备包括C型臂结构,其具有被附接到C型臂的相对端的X射线源和X射线探测器。
术语“实况”例如涉及在介入期间提供图像,相比于在介入之前已经被采集的图像,该图像在介入期间被采集。
图7示出了详细工作流程100的又一范例。在利用第一框架102指示的第一步骤中,几乎最佳的C型臂成角104用来采集主动脉根的血管造影图像106。在又一步骤108中,血管造影图像的帧被选择,三个尖瓣在所述帧中是可视的。此外,三个尖瓣在该帧中的方位被选择。
此外,在第一决策步骤110中,检查三个尖瓣(即铰接点形式的三个标记)是否被对齐。如果该检查程序的结果为是(在图7中被指示为“Y”),通过图像框架112指示的对齐示出了三个标记116a、116b和116c被布置在其上的共同线114,那么该C型臂成角(通过箭头117指示)用于瓣膜定位的步骤118。框架118示出了在瓣膜定位程序期间利用插入设备119获取的相应X射线图像。
然而,如果检查程序的回答或结果为否(在图7中被指示为“N”),不对齐利用又一图像框架120来指示,其中,三个标记116a、116b和116c正在形成三角形结构122,那么不同的步骤被提供。在不对齐的情况下,主动脉尖瓣方位的分析模型被提供,如利用又一框架124指示的。因此,假设分析模型是先验已知的,例如能够合理地假设三个尖瓣是等距的,具有大约主动脉半径的标准距离。这然后用来进一步确定3D中的三个标记的位置(即三个尖瓣的方位116a、116b、116c),如利用计算步骤126指示和在框架128中示意地图示的。然后提供了计算最佳C型臂成角以在二维图像运行中对齐3D标记的又一步骤。在又一步骤130中,C型臂例如经由APC被相应地移动(如通过箭头131指示的)。C型臂成角然后用于另外的图像采集,导致与在上面利用附图标记112描述的图像相同或类似的图像,其中,三个尖瓣被对齐。这然后用于瓣膜定位步骤118。
在范例中,选择血管造影图像的帧的步骤能够被提供为是自动的,或能够被提供为通过检测充分注射的帧而手动(或自动)进行。
三个尖瓣也能够在以下步骤中被自动地选择:在来自之前步骤的选定帧中选择三个尖瓣的方位作为感兴趣点。
在确定3D中的三个标记位置的步骤中,如果术前3D CT体积可用并且如果3D主动脉之前已经被分割,则主动脉尖瓣方位的患者特异性模型能够被使用。
因此,上面提到的范例能够在TAVI程序的背景下是有用的,例如以实现准确的瓣膜定位和部署,并且因此进一步改善介入的结果。
在本发明的另一示范性实施例中,提供了一种计算机程序或计算机程序单元,其特征在于适于在适当系统上运行根据前述实施例中的一个所述的方法的方法步骤。
计算机程序单元因此可以被存储在计算机单元上,所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行上述方法的步骤或诱导上述方法的步骤的执行。此外,其可以适于操作上面描述的装置的部件。计算单元能够适于自动操作和/或适于执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此,数据处理器可以被装备为执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例涵盖从最开始使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。
此外,计算机程序单元可以能够提供所有必要步骤,以履行如上面描述的方法的示范性实施例的流程。
根据本发明的又一示范性实施例,提出了一种计算机可读介质,例如CD-ROM,其中,所述计算机可读介质具有被存储在其上的计算机程序单元,前面部分描述了所述计算机程序单元。
计算机程序可以被存储和/或分布在适当的介质上,例如与其他硬件一起被提供或作为其他硬件的部分被提供的光学存储介质或固态介质,但是所述计算机程序也可以以其他形式分布,例如经由互联网或其他有线或无线的远程通信系统分布。
然而,计算机程序也可以被提供在如万维网的网络上并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的又一示范性实施例,提供一种用于令计算机程序单元可用于下载的介质,所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的前面描述的实施例中的一个的方法。
必须注意,参考不同主题描述了本发明的实施例。尤其是,参考方法类型的权利要求描述了一些实施例,而参考设备类型的权利要求描述了其他实施例。然而,除非另有说明,本领域技术人员将从以上和以下描述中获悉,除属于一个类型的主题的特征的任何组合之外,涉及不同主题的特征之间的任何组合也被视为由本申请所公开。然而,能够组合所有特征,从而提供比特征的简单加和更多的协同效果。
尽管已经在附图和上述描述中详细图示并描述了本发明,但是这些图示和描述应被视为是说明或示范性的,而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容和从属权利要求,在实践所请求保护的本发明时,能够理解并实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中,“包括”一词不排除其他元件或步骤,并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行在权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施,但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角的装置(50),所述装置包括:
-输入设备(52);
-处理设备(54);以及
-输出设备(56);
其中,所述输入设备被配置为提供患者的心脏的主动脉根的2D图像;其中,所述2D图像以可视且不同的方式包括所述心脏的三个尖瓣;并且提供主动脉尖瓣方位的分析3D模型;
其中,所述处理设备被配置为在所述2D图像中指示所述三个尖瓣的2D位置;基于所述2D位置和所述分析3D模型来计算所述三个尖瓣的3D位置;并且基于计算出的所述尖瓣的3D位置来计算所述C型臂成角,使得所述三个尖瓣在使用所述C型臂成角采集的另外的2D图像中被对齐;并且
其中,所述输出设备被配置为提供所述C型臂成角。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述处理设备被配置为提供所述分析3D模型,所述分析3D模型以患者相关的方式包括所述三个尖瓣的空间布置。
3.一种医学成像系统(60),包括:
-X射线成像设备(62);以及
-根据前述权利要求中的任一项所述的用于针对心脏瓣膜定位确定C型臂成角的装置(64);
其中,所述X射线成像设备被配置为将所述2D图像提供为实况2D X射线图像;并且
其中,所述装置被配置为为所述X射线成像设备提供最佳C型臂成角,用于将所述另外的2D图像采集为实况2D X射线图像。
4.一种用于针对心脏瓣膜定位确定最佳C型臂成角的方法(10),所述方法包括:
a)提供(12)患者的心脏的主动脉根的2D图像;其中,所述2D图像以可视且不同的方式包括所述心脏的三个尖瓣;
b)在所述2D图像中指示(14)所述三个尖瓣的2D位置;
c)提供(16)主动脉尖瓣方位的分析3D模型;
d)基于所述2D位置和所述分析3D模型来计算(18)所述三个尖瓣的3D位置;并且
e)基于计算出的所述尖瓣的3D位置来计算(20)C型臂成角;其中,在使用所述C型臂成角采集的另外的2D图像中,所述三个尖瓣被对齐;并且提供所述最佳C型臂成角。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,每个尖瓣(22a、22b、22c)包括铰接点(24a、24b、24c),并且其中,在对齐状态下,所述尖瓣的所述铰接点被布置在共同线上。
6.根据权利要求4或5所述的方法,其中,所述三个尖瓣是等距的,具有大约主动脉半径的标准距离。
7.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法,其中,所述分析3D模型以患者相关的方式包括所述三个尖瓣的空间布置。
8.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法,其中,所述分析3D模型基于所述主动脉尖瓣方位的患者特异性模型;并且
其中,所述患者特异性模型是根据术前3D图像数据导出的。
9.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法,其中,所述2D图像是单个实况2D X射线图像;并且
其中,所述最佳C型臂成角被提供用于另外的实况2D X射线图像的另外的采集(28)。
10.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法,其中,步骤a)中的所述2D图像涉及几乎最佳的C型臂成角。
11.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法,其中,所述方法还包括:
f)旋转(30)C型臂以匹配所确定的C型臂最佳成角;并且
g)采集(32)2D图像数据。
12.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法,其中,在所述2D图像中对所述心脏的所述三个尖瓣的所述2D位置的所述指示是通过自动检测被自动提供的。
13.根据权利要求4至5中的任一项所述的方法,其中,在步骤b)后,提供了检查(34)所述三个尖瓣是否被对齐的步骤;其中,在对齐的情况下,用于所述2D图像的所述C型臂成角被提供为最佳C型臂成角,用于2D图像数据的另外的采集。
14.一种用于针对心脏瓣膜定位确定最佳C型臂成角的设备,包括:
处理单元;以及
存储器,其用于存储指令,所述指令当被所述处理单元执行时适合于执行根据权利要求4至13中的任一项所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读介质,其存储有用于控制根据权利要求1至3中任一项所述的装置的计算机程序单元,当被处理单元执行时,所述计算机程序单元适合于执行根据权利要求4至13中的任一项所述的方法的步骤。
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