DE102008055727A1 - Method for reducing partial scan artifact in image data of phase-correlated cardio-computed tomography, involves correcting raw data using extracted datasets, and reconstructing image from corrected raw data - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung von Partialscanartefakten in Bilddaten der phasenkorrelierten Computertomographie (CT), insbesondere der Kardio-CT, bei der die Bilddaten aus Rohdaten mehrerer realer Partialscans bei unterschiedlichen Startwinkeln erzeugt werden, wobei aus einem Datensatz für einen Vollumlaufscan Informationen für die Reduktion der Partialscanartefakte gewonnen wird.The The present invention relates to a method and an apparatus to reduce partial scan artifacts in image data of the phase-correlated Computed tomography (CT), in particular cardio-CT, in which the Image data from raw data of several real partial scans at different Starting angles are generated, from a data set for a full scan information for the reduction of the Partialscanartefakte is won.
In der Kardio-CT werden Teilumlaufscans, auch als Partialscans bezeichnet, durchgeführt, um die zeitliche Auflösung der Bildaufnahmen zu erhöhen. Bei Partialscans werden anstelle der üblichen Vollumlaufscans, die Daten über einen Winkelbereich von 2π aquirieren, die Daten nur über einen Teilumlauf des Aufnahmesystems erfasst und ausgewertet. Ein Partialscan deckt dabei nur einen eingeschränkten Winkelbereich < 2π ab, beispielsweise einen Winkelbereich von π zuzüglich des Fächerwinkels des eingesetzten Röntgenstrahlbündels. Durch den eingeschränkten Winkelbereich ergeben sich im rekonstruierten Bild jedoch CT-Wertschwankungen, die vom Startwinkel des jeweiligen Partialscans abhängen. Diese CT-Wertschwankungen werden als Partialscanartefakte bezeichnet. Partialscanartefakte wirken sich besonders bei Perfusionsmessungen am Myokard nachteilig aus, da hier bereits eine geringe Ungenauigkeit der CT-Werte falsche Perfusionsdaten liefert.In cardio-CT, partial circulation scans, also known as partial scans, performed to the temporal resolution of the image captures to increase. At partial scans are used instead of the usual Full-rotation scans, the data over an angular range of 2π aquirieren, the data only over a partial circulation recorded and evaluated the recording system. A partial scan covers only a limited angular range <2π, For example, an angular range of π plus the fan angle of the inserted X-ray beam. Due to the limited angular range arise in the However, reconstructed image CT value fluctuations, from the starting angle depend on the particular partial scan. These CT value fluctuations are called partial scan artifacts. Partialscanartefakte have a particularly detrimental effect on perfusion measurements on the myocardium because there is already a slight inaccuracy of CT values wrong perfusion data supplies.
Zur
Reduktion von Partialscanartefakten wird in
In
Dieses Verfahren lässt sich jedoch in der phasenkorrelierten Kardio-CT aufgrund des erforderlichen Vollumlaufscans nicht zufriedenstellend anwenden, da die Aquisition eines derarten 360° Vollumlaufscans aufgrund der Bewegung des schlagenden Herzens zu Bewegungsartefakten im Bild führt.This However, procedure can be found in the phase-correlated cardio-CT unsatisfactory due to the required full scan apply, since the acquisition of a derarten 360 ° full rotation scan due to the movement of the beating heart to motion artifacts in the picture leads.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, die eine Reduktion von Partialscanartefakten auch in Bilddaten der phasenkorrelierten Kardio-CT ermöglichen.The The object of the present invention is a method and to provide a device that can reduce partial scan artifacts also in image data of the phase-correlated cardio-CT.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1, 2, 6 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.The Task is with the method and the device according to the Claims 1, 2, 6 and 7 solved. advantageous Embodiments of the method and the device are the subject the dependent claims or can be the following description and the embodiment remove.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird aus den Rohdaten aller realen Partialscans, die mit dem Computertomographen bei einer konstanten z-Position aufgezeichnet wurden, oder aus einer Teilmenge davon zunächst ein Datensatz für einen virtuellen Vollumlaufscan gebildet. Die Anzahl der realen Partialscans für die künstliche Bildung dieses Datensatzes wird vorzugsweise so groß gewählt, dass jede Projektion des neuen Datensatzes durch eine Mittelung über die entsprechenden Projektionen mehrerer Partialscans gebildet wird. Unter realen Scans werden hierbei Scans verstanden, die mit dem Computertomographen tatsächlich aufgezeichnet wurden. Unter einem Datensatz für einen virtuellen Partialscan oder einem Datensatz für einen virtuellen Vollumlaufscan wird ein Datensatz verstanden, der lediglich künstlich aus einem oder mehreren Datensätzen anderer realer Scans berechnet wird. Aus dem künstlich erzeugten Datensatz für den virtuellen Vollumlaufscan, im Folgenden auch als virtueller Vollumlaufdatensatz bezeichnet, werden dann Datensätze für virtuelle Partialscans mit unterschiedlichen Startwinkeln extrahiert. Die Rohdaten der realen Partialscans werden jeweils mit Datensätzen korrigiert, die zu künstlich erzeugten Partialscans mit gleichem oder um π verschobenem Startwinkel gehören. Aus den korrigierten Rohdatensätzen der realen Partialscans wird anschließend in bekannter Weise jeweils ein Bild rekonstruiert, dass an einem Bildanzeigegerät dargestellt werden kann.In the proposed method, a data set for a virtual full scan scan is first formed from the raw data of all real partial scans recorded with the CT scanner at a constant z position or from a subset thereof. The number of real partial scans for the artificial formation of this data set is preferably chosen so large that each projection of the new data set is formed by averaging over the corresponding projections of several partial scans. Real scans are scans that were actually recorded with the computed tomography scanner. A virtual partial scan record or a full-scale virtual scan record is understood to mean a record that is merely artificially composed of one or more data rates of other real scans. From the artificially generated data set for the virtual full-rotation scan, also referred to below as a full-rotation virtual data record, data sets for virtual partial scans with different starting angles are then extracted. The raw data of the real partial scans are respectively corrected with data sets that belong to artificially generated partial scans with the same or π shifted starting angle. From the corrected raw data sets of the real partial scans, an image is subsequently reconstructed in a known manner, which can then be displayed on an image display device.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Korrektur nicht auf Basis der Rohdaten, sondern auf Basis der Bilddaten des virtuellen Vollumlaufscans sowie der virtuellen Partialscans. Zu diesem Zweck werden jeweils Bilddaten aus den entsprechenden Rohdaten rekonstruiert. Die Korrektur erfolgt dann ebenfalls entsprechend im Bildraum.In an alternative embodiment of the method, the correction takes place not on the basis of the raw data, but on the basis of the image data of the virtual full-scale scans and virtual partial scans. To For this purpose, image data is taken from the corresponding raw data reconstructed. The correction then also takes place accordingly in the picture space.
Unter den Rohdaten bzw. Rohdatensätzen werden in der vorliegenden Patentanmeldung die Daten bzw. Datensätze verstanden, die von den Röntgendetektoren nach Digitalisierung und gegebenenfalls weiterer Umrechnung oder Normierung erhalten werden. Derartige Daten liegen beispielsweise auch einem Sinogramm zugrunde. Aus diesen Rohdaten werden durch geeignete Bildrekonstruktion, bspw. durch gefilterte Rückprojektion, die Bilddaten erzeugt, die schließlich dem Benutzer als Bild, beispielsweise als Schnittbild, dargestellt werden.Under the raw data or raw data sets are in the present Patent application understood the data or records that from the X-ray detectors after digitization and optionally further conversion or normalization. Such data For example, they are also based on a sinogram. From these Raw data are by suitable image reconstruction, eg. By filtered back projection, which generates image data that eventually the user as an image, for example, as a sectional image shown become.
Das
vorgeschlagene Verfahren unterscheidet sich von dem Verfahren von
Bei der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens gemäß der ersten Alternative alleine auf Basis der Rohdaten, wird zusätzlich der Rechenaufwand verringert, der für die ansonsten erforderlichen Rekonstruktionen aus den virtuellen Partialscandatensätzen erforderlich ist. Da bei dem vorgeschlagenen Verfahren kein Vollumlaufscan durchgeführt werden muss, sondern ein künstlicher Vollumlaufdatensatz aus den gemessenen Partialscandatensätzen erzeugt wird, kann die Reduktion von Partialscanartefakten auch bei der phasengesteuerten Kardio- CT erreicht werden. Selbstverständlich lässt sich das Verfahren jedoch auch bei anderen phasenkorrelierten CT-Anwendungen einsetzen.at the implementation of the proposed method according to The first alternative based solely on raw data will be added reduces the computational effort required for the otherwise required Reconstructions from the virtual partial scan records is required. Since in the proposed method no full-rotation scan must be performed, but an artificial Full-rotation data set from the measured partial scan records The reduction of partial scan artifacts can also be generated be achieved in phased-array cardiac CT. Of course however, the method can also be phase-correlated with other ones Use CT applications.
Die Startwinkel der virtuellen Partialscans werden so gewählt, dass sie mit den Startwinkeln der real aufgezeichneten Partialscans übereinstimmen oder um einen Winkel von π verschoben sind. Auf diese Weise kann zu jedem Datensatz der realen Partialscans genau ein virtueller Partialscan erhalten werden, mit dem die Rohdaten oder Bilddaten des realen Partialscans korrigiert werden. Selbstverständlich sind die virtuellen Partialscans beim vorliegenden Verfahren so gewählt, dass sie in ihrem Umlaufwinkel, d. h. dem Winkelintervall, über das Daten akquiriert werden, mit dem Umlaufwinkel der realen Partialscans übereinstimmen oder diesen zu 2π ergänzen.The Starting angles of the virtual partial scans are chosen that they match the start angles of the real recorded partial scans or shifted by an angle of π. This way you can exactly one virtual dataset for each partial scan Partialscan be obtained, with which the raw data or image data corrected for the real partial scan. Of course are the virtual partial scans in the present process like this chosen to be in its orbit, i. H. the angular interval, over the data are acquired, coincide with the wrap angle of the real partial scans or add 2π to it.
Die vorgeschlagene Vorrichtung, die beispielsweise als Teil eines Computertomographen ausgebildet sein kann, umfasst zumindest einen Datenspeicher für die zu verarbeitenden sowie sämtliche bei der Verarbeitung anfallenden Daten und eine Recheneinheit, mit der die entsprechenden Berechnungen durchgeführt werden. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Bildrekonstrukionsmodul, das aus Rohdaten Bilddaten rekonstruiert, sowie ein Korrekturmodul, das die Generierung der virtuellen Vollumlauf- und Partialscandatensätze sowie die Korrektur der Datensätze der realen Partialscans vornimmt.The proposed device, for example, as part of a computed tomography may be formed, comprises at least one data memory for the processed and all during processing accumulating data and a computing unit with which the corresponding Calculations are performed. The device comprises Furthermore, an image reconstruction module, which consists of raw data image data reconstructed, as well as a correction module, which generates the virtual full-round and partial-scan records as well correcting the data records of the real partial scans.
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The proposed methods and associated apparatus be in the following with reference to an embodiment in Connection with the drawings explained in more detail. Hereby show:
Bei
der Durchführung von Perfusionsmessungen am Myokard mit
dynamischer, phasenkorrelierter Kardio-CT werden nur Messdaten genutzt,
die in der gleichen Herzphase aufgezeichnet werden. Für
die Perfusionsmessungen wird ein Konstrastmittel injiziert, dessen
Ausbreitung über die Zeit durch die Partialscans erfasst
wird. Durch diese Partialscans wird zwar die erforderliche zeitliche
Auflösung erreicht, jedoch treten in den rekonstruierten
CT-Bildern CT-Wertschwankungen auf, die vom Startwinkel des jeweiligen
Partialscans abhängen. Dieser Startwinkel lässt
sich aufgrund der Phasensteuerung nicht frei wählen.
Verschiedene Faktoren, wie z. B. Objektbereiche mit hohen Schwächungskoeffizienten oder asymmetrische Geometrien, tragen dazu bei, dass ein vom Projektionswinkel abhängiges Streustrahlungsprofil erzeugt wird. In einem Vollumlaufscan wird das Objekt von allen Projektionswinkeln aus bestrahlt, was eine gleichmäßige Verteilung der Streustrahlung über alle Winkel ermöglicht. In diesem Fall ist das Ergebnis invariant unter Änderung des Startwinkels. In einem Partialscan werden die Daten jedoch auf einen Winkelbereich von π beschränkt, was diese Invarianz aufhebt und somit jedem Partialscandatensatz abhängig vom Startwinkel ein bestimmtes Streustrahlprofil zuweist. Diese Inkonsistenzen sind die Hauptursache für die unerwünschten Partialscanartefakte.Various Factors, such as B. object areas with high attenuation coefficients or asymmetrical geometries, contribute to the one from the projection angle dependent stray radiation profile is generated. In one Full-rotation scan will scan the object from all projection angles irradiated, resulting in a uniform distribution of Scattered radiation over all angles possible. In In this case, the result is invariant under change of Start angle. In a partial scan, however, the data becomes one Angular range of π limited, what this invariance picks up and thus each Partialscandatensatz depends on Start angle assigns a specific scattered beam profile. These inconsistencies are the main cause of the unwanted partial scan artifacts.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein virtueller Vollumlaufdatensatz aus den gemessenen Partialscandatensätzen erzeugt. Dadurch können die zeitlich variierenden CT-Werte des Kontrastmittels mit berücksichtigt werden, wie im Folgenden gezeigt wird. Zunächst wird jedoch auf die Erzeugung der realen Partialscans eingegangen.at the proposed method becomes a virtual full rotation data set generated from the measured partial scan records. Thereby may be the time-varying CT values of the contrast agent be taken into account, as shown below. First, however, is based on the generation of real partial scans received.
Bei
einer Perfusionsuntersuchung werden an einer konstanten z-Position
die zeitlich variierenden CT-Werte eines anflutenden Kontrastmittels
untersucht. In der phasenkorrelierten Kardio-CT werden aus einem
kontinuierlich aufgenommenen Scan p0(α, ξ, γ)
retrospektiv N Partialscans pP n(α, ξ, γ)
erzeugt (n = 1, ... N), die so gewählt sind, dass sie zeitlich
in der n-ten Diastole des Herzzyklus liegen. Die pP n(α, ξ, γ) entsprechen
Sinogrammen mit dem Projektionswinkel α, der Detektorkoordinate ξ und
dem Kegelwinkel γ. Aus Gründen der Übersicht
werden die Variablen ξ und γ im Folgenden nicht
mehr explizit mit angegeben. Es wird ferner davon ausgegangen, dass
ein geeignetes Rebinning von Fächerstrahl- auf Parallelstrahlgeometrie
stattgefunden hat. In dieser Notation wird α fortlaufend
gezählt, d. h. α ∊ [0; 2πk],
wobei k für die Anzahl der während einer Perfusionsuntersuchung
durchgeführten Rotationen der Gantry steht. Entscheidend
für die Bestimmung des Rekonstruktionsfensters ist der
Startwinkel αn, ab dem über
einen Winkelbereich von π Daten akquiriert werden. Die αn werden so gewählt, dass das Rekonstruktionsfenster
zeitlich in der n-ten Diastole des Herzzyklus zu liegen kommt. Der
Einfachheit halber wird hier angenommen, dass die Herzrate niedrig
genug ist, um einen kompletten π Partialscandatensatz innerhalb
einer Diastole zu gewinnen. Da die pP n nacheinander erfolgen, wächst
n proportional zur gescanten Zeit t. Die pP n erhält man durch projektionsweise
Muliplikation von p0 mit einer Gewichtungsfunktion
w(α – αn):
Hierbei bezeichnet α den Projektionswinkel in Parallelstrahlgeometrie. Die Gewichtungsfunktion wird wie folgt gewählt: Here α denotes the projection angle in parallel beam geometry. The weighting function is chosen as follows:
Der Faktor 2 gewährleistet eine geeignete Normierung.Of the Factor 2 ensures suitable standardization.
Dies ist eine bekannte Methode zur Gewinnung der phasenkorellierten Partialscandatensätze. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, durch geeignete Triggerung des Computertomographen nur dann Daten aufzuzeichnen, wenn die korrekte Herzphase erreicht ist, um die Partialscandatensätze zu erhalten.This is a known method for obtaining the phase-corrected partial scan records. Of course, it is also possible by suitable triggering of the computer tomograph only then data record when the correct cardiac phase is reached, to the To obtain partial scan records.
Für
die nachfolgenden Berechnungen wird ein neuer Projektionswinkel
Hier
wurde zur Abkürzung definiert:
Θ(x) bezeichnet die Heaviside-Stufenfunktion, die eine korrekte Fortführung der Gewichtungsfunktion für Winkel ϑn > π ermöglicht, was der modulo-Operation entspricht, wobei Θ(x) = 0 für x < 0 und Θ(x) = 1 für x ≥ 0.Θ (x) denotes the Heaviside step function, which allows a correct continuation of the weighting function for angles θ n > π, which corresponds to the modulo operation, where Θ (x) = 0 for x <0 and Θ (x) = 1 for x ≥ 0.
Ein wesentlicher Schritt des vorliegenden Verfahrens besteht in der Erschaffung eines künstlichen Vollumlaufscans pF n(ϑ). Die pF n(ϑ) werden projektionsweise aus den pP n(ϑ) der Partialscans über Mittelung berechnet. Dazu werden die gemessenen Partialscandatensätze entlang des Intervalls [0; 2π] angeordnet, wobei die Startwinkel ϑn den entsprechenden Winkelpositionen in [0; 2π] zugeordnet werden.An essential step of the present method is the creation of a full-scale artificial scan p F n (θ). The p F n (θ) are calculated by projection from the p P n (θ) of the partial scans via averaging. For this purpose, the measured partial scan data sets along the interval [0; 2π], the starting angles θ n corresponding to the respective angular positions in [0; 2π] are assigned.
Um
einen künstlichen Vollumlaufdatensatz zu erzeugen, werden
eine Anzahl A = 2a + 1 der gewonnenen Partialscans entsprechend
ihres Startwinkels aufaddiert und normiert. Die Partialscans werden
zusätzlich mit einem zeitlichen Gewicht gn' multipliziert,
auf das später noch näher eingegangen wird. Der
n-te künstliche Vollumlaufscan
Der Normierungsfaktorstellt sicher, dass jede Projektion korrekt gemittelt wurde. Die Variable A muss so gewählt werden, dass W ≠ 0∀ϑ und außerdem muss 0 ≤ a ≤ N erfüllt sein. Je größer a wird, desto weniger ähnelt die Perfusionsinformation im n'-ten Partialscan der interessierenden Zeit n. Demzufolge werden die Partialscans mit dem zeitlichen Gewicht gn' multipliziert, der diesem Sachverhalt Rechnung trägt: je größer |n – a|, desto kleiner gn'. Die gn' können z. B. als Gaußverteilung implementiert werden. Im einfachsten Fall setzt man einfach A = N und gn' = 1, d. h. alle vorhandenen Partialscans tragen in gleichem Maße zur Mittelung bei.The normalization factor Ensures that every projection has been averaged correctly. The variable A must be chosen such that W ≠ 0∀θ and also 0 ≤ a ≤ N must be satisfied. The larger a becomes, the less the perfusion information in the n'th partial scan is similar to the time of interest n. As a result, the partial scans are multiplied by the time weight g n ' which takes account of this fact: the larger | n - a |, the smaller g n ' . The g n ' can z. B. be implemented as a Gaussian distribution. In the simplest case one simply sets A = N and g n ' = 1, ie all existing partial scans contribute to the same extent to the averaging.
Die
Erschaffung eines künstlichen Vollumlaufscans entspricht
einer Mittelung über die Zeit (n ∝ t), die gewährleistet,
dass der Projektionswert des anflutenden Kontrastmittels in allen
Winkelpositionen die gleiche mittlere Größe hat.
Die morphologische Information wird von der Mittelung jedoch nicht
verändert, da die Operationen an einer konstanten z-Position (konstante
Position auf der Systemachse des Computertomographen) durchgeführt
werden und die verwendeten Partialscandatensätze aus dem
gleichen zeitlichen Rekonstruktionsfenster, d. h. der Diastole,
stammen. Zur Veranschaulichung lässt sich sagen, dass die
Startwinkel ϑn, und damit auch
die Partialscandatensätze
Dies
ist anhand der
Weiter
oben wurde erläutert, dass die Partialscanartefakte auf
die fehlenden Datenbereiche in den Partialscans zurückzuführen
sind. Das vorgeschlagene Verfahren beseitigt die Inkonsistenzen
in
Dazu
werden die fehlenden Bereiche mit Daten aus dem n-ten künstlichen
Vollumlaufdatensatz aufgefüllt. Letzterer wird dazu mit
einer um den Bereich π verschobenen Gewichtungsfunktion
gewichtet. Da
Der
zweite Term auf der rechten Seite kann auch als virtueller Partialscan
Der Faktor ½ in Gl.(3) stellt sicher, dass The factor ½ in Eq. (3) ensures that
Ein
schematischer Überblick über das Verfahren ist
in
Für
die Rekonstruktion der korrigierten Daten wird die Transformation
zwischen α und ϑ wieder rückgängig
gemacht. Das gewünschte, korrigierte CT-Bild
R
bezeichnet hier den Operator der Radontransformation in 3-D. Es
wird unterschieden zwischen einer Rückprojektion R –1 / α mit
einem Definitionsbereich α ∊ [0; ∞] und
R –1 / ϑ mit einem Definitionsbereich
In
einer alternativen Ausgestaltungsvariante können die virtuellen
Partialscans
Es
wird – wie im ersten Fall auch – davon ausgegangen,
dass die virtuellen ebenso wie die originalen Partialscandatensät ze
mit dem Partialscanartefakt behaftet sind. Werden die Summanden
wie in Gl.(4) rekonstruiert, ergibt sich
Hier
beschreibt
Mit
anderen Worten erhält man den reinen n-ten Partialscanartefakt,
indem
Das
dargestellte Verfahren wurde anhand eines simulierten dynamischen
Kopfphantoms verifiziert. Die Grafik der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - Primak et al., „A technical solution to avoid partial scan artifacts in MDCT”, Med. Phys. 34 (2007), Nr. 12, Seiten 4726 bis 4737 [0003] Primak et al., "A technical solution to avoid partial scan artifacts in MDCT", Med. Phys. 34 (2007), No. 12, pages 4726 to 4737 [0003]
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- - Meinel et al. [0011] Meinel et al. [0011]
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810055727 DE102008055727A1 (en) | 2008-11-04 | 2008-11-04 | Method for reducing partial scan artifact in image data of phase-correlated cardio-computed tomography, involves correcting raw data using extracted datasets, and reconstructing image from corrected raw data |
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DE (1) | DE102008055727A1 (en) |
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- 2008-11-04 DE DE200810055727 patent/DE102008055727A1/en not_active Ceased
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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