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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Serial No.
63/061,256 , eingereicht am 5. August 2020, deren Inhalt durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen wird.
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BEREICH DER OFFENLEGUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Identifizierung von Zielobjekten und insbesondere auf Techniken zur Identifizierung der Zusammensetzung eines anatomischen Zielobjekts unter Verwendung einer Reihe von verschiedenfarbigen Lichtquellen.
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HINTERGRUND DER OFFENLEGUNG
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Medizinische Endoskope ermöglichen es dem Benutzer, verborgene Bereiche eines Patienten zu inspizieren. Endoskope zur visuellen Inspektion bestimmter innerer Bereiche eines Patienten, wie z. B. Endoskope und Laparoskope, wurden erstmals in den frühen 1800er Jahren entwickelt und zur Inspektion des Körperinneren verwendet. Ein typisches medizinisches Endoskop besteht aus einem distalen Ende, das ein optisches oder elektronisches Bildgebungssystem umfasst, und einem proximalen Ende mit Bedienelementen für die Handhabung der Werkzeuge und Geräte zur Bildbetrachtung, wobei ein massiver oder röhrenförmiger länglicher Schaft die Enden verbindet. Einige medizinische Endoskope ermöglichen es dem Arzt, Werkzeuge oder Behandlungen durch einen Hohlkanal zu führen, um beispielsweise Gewebe zu resezieren oder Gegenstände zu entnehmen.
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Die effiziente Nutzung eines medizinischen Endoskops hängt von verschiedenen Faktoren wie Erfahrung, Geschicklichkeit und visuellen Hinweisen ab. Medizinische Endoskope, die eine Interaktion auf engem Raum am Körper eines Patienten ermöglichen, verwenden häufig einen Bildschirm oder Monitor, um ein Bild des Bereichs um das distale Ende des medizinischen Endoskops zu projizieren. Eine Verbesserung der angezeigten Bilder kann eine effizientere Nutzung des medizinischen Endoskops ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENLEGUNG
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Es werden Verfahren zur Identifizierung der Zusammensetzung eines anatomischen Ziels unter Verwendung einer Reihe von verschiedenfarbigen Lichtquellen bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren das Aussenden von Licht von mehreren Beleuchtungsquellen, das Empfangen einer Beleuchtungsantwort von einem anatomischen Ziel an einem optischen Sensor, das Bereitstellen eines Bildes, das das anatomische Ziel darstellt, und das Bereitstellen von Informationen über die spektrale Intensität der Beleuchtungsantwort zusätzlich zu dem Bild umfassen. Jede Beleuchtungsquelle kann Licht mit einem Frequenzbereich emittieren, der um eine andere Frequenz zentriert ist als jede andere Beleuchtungsquelle.
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Dieser Abschnitt soll einen Überblick über den Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung geben. Es ist nicht beabsichtigt, eine ausschließliche oder erschöpfende Erklärung der Erfindung zu geben. Die ausführliche Beschreibung dient dazu, weitere Informationen über die vorliegende Anmeldung zu liefern.
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Figurenliste
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- 1 zeigt allgemein ein System zur Identifizierung von Zusammensetzungen 100 gemäß dem vorliegenden Gegenstand.
- 2A illustriert grafisch ein Verfahren zum Betrieb eines beispielhaften Beleuchtungssystems gemäß dem vorliegenden Gegenstand.
- 2B zeigt ein Beispiel für ein Spektralprofil, das von einem Beispiel-Controller bereitgestellt wird.
- 3 zeigt allgemein ein System, das ein Beispiel für ein System zur Identifizierung von Zusammensetzungen gemäß dem vorliegenden Gegenstand verwendet.
- 4 zeigt allgemein ein System, das ein Beispiel für ein System zur Identifizierung von Zusammensetzungen gemäß dem vorliegenden Gegenstand verwendet.
- 5 zeigt allgemein ein Beispiel für den Betrieb eines Beleuchtungssystems mit mehreren Beleuchtungsquellen zur Bestimmung der anatomischen Zielzusammensetzung.
- zeigt im Allgemeinen Wellenlängenplots verschiedener Beleuchtungsquellen, normiert nach Intensität, die in einem Beispielsystem des vorliegenden Gegenstandes verwendet werden können.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ein medizinisches Endoskop kann einen Blick auf ein anatomisches Ziel eines Patienten ermöglichen. Solche medizinischen Endoskope können unter anderem Endoskope, Laparoskope oder andere Arten von Endoskopen sein, die für diagnostische und therapeutische Verfahren verwendet werden. Während eines medizinischen Endoskops kann ein Arzt die Position des Endoskops steuern, um ein anatomisches Ziel zu betrachten. Unabhängig davon, ob es sich um ein diagnostisches oder therapeutisches Verfahren handelt, kann die Zusammensetzung des anatomischen Ziels zusätzliche Informationen liefern, die der Effizienz und Wirksamkeit vieler Verfahren zugute kommen können. Die heutigen Erfinder haben Techniken zur Ergänzung der Bildgebung bei medizinischen Endoskopen entdeckt. Eine solche Ergänzung kann die Bereitstellung von Informationen über die Zusammensetzung eines anatomischen Ziels beinhalten, während das Ziel auf herkömmliche Weise mit dem medizinischen Endoskop betrachtet wird.
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1 zeigt allgemein ein System zur Identifizierung von Zusammensetzungen 100 gemäß dem vorliegenden Gegenstand. Das System zur Identifizierung der Zusammensetzung 100 kann ein Beleuchtungssystem 101 und ein Bildgebungssystem 102 umfassen. Das Beleuchtungssystem 101 kann mehrere Beleuchtungsquellen 103 und ein Steuergerät 104 umfassen. Das Abbildungssystem kann einen optischen Sensor 105 und ein Steuergerät 106 enthalten. Jede Beleuchtungsquelle 103 kann Licht mit einem engen Wellenlängenbereich liefern. Der schmale Wellenlängenbereich jeder Beleuchtungsquelle 103 kann eine für die Farbe des von der Beleuchtungsquelle 103 emittierten Lichts charakteristische Mittenfrequenz umgeben, und die Mittenfrequenz einer ersten Beleuchtungsquelle 103 kann sich von der Mittenfrequenz der anderen Beleuchtungsquellen unterscheiden. Es versteht sich, dass eine Beleuchtungsquelle mehr als eine Lichtquelle umfassen kann, die in der Lage ist, den für die Beleuchtungsquelle charakteristischen engen Wellenlängenbereich zu liefern. Wenn zum Beispiel eine Beleuchtungsquelle „blaues“ Licht von Leuchtdioden (LEDs) liefert, kann die Beleuchtungsquelle mehrere „blaue“ LEDs haben. Ein vorteilhafter Aspekt des Beleuchtungssystems 101 ist, dass die Beleuchtungsquellen 103 des Beleuchtungssystems 101 von der Steuereinheit 104 in einem sequentiellen Muster aktiviert werden können, so dass das von dem Beleuchtungssystem 101 ausgestrahlte Licht für einige Systeme sowie für die Benutzer des Systems zur Identifizierung der Zusammensetzung 100 als weißes Licht erscheint. In einigen Beispielen kann das Steuergerät 14 neben der Ein-/Aus-Steuerung jeder Beleuchtungsquelle auch andere Aspekte jeder einzelnen Beleuchtungsquelle modulieren, wie z. B. Amplitude, Ein-/Aus-Tastverhältnis, Intensität oder Kombinationen davon. Während die Beleuchtungsquellen 103 nacheinander ein anatomisches Ziel 107 beleuchten, kann eine zweite Steuereinheit, z. B. die Steuereinheit 106 des Bildgebungssystems 102, ein Spektralprofil des vom Ziel 105 reflektierten Lichts erfassen, um die Zusammensetzung des Ziels 105 zu bestimmen oder zu schätzen. Da das emittierte Licht des Beleuchtungssystems 101 als weißes Licht oder als Licht mit einem breiten Bereich des sichtbaren Lichtspektrums erscheinen kann, kann das Beleuchtungssystem 101 zur Beleuchtung für die visuelle Identifizierung anatomischer Ziele 107 sowie zur elektronischen Beobachtung und Aufzeichnung von Bildern des anatomischen Ziels 107 verwendet werden. Gleichzeitig kann das spektrale Profil sehr genau sein, da das zur Bildung des Profils verwendete Beleuchtungslicht eine vorbestimmte Wellenlänge und Intensität hat und Bilder, die die Antwortbeleuchtung einer einzelnen Beleuchtungsquelle einfangen, erfasst und ausgewertet werden können. Die für die einzelnen Beleuchtungsquellen 103 gewählten Farben können mit Spektralprofilen bekannter Zusammensetzungen in Verbindung gebracht werden.
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In bestimmten Beispielen kann ein Steuergerät 104, 106 ein Spektralprofil der vom optischen Sensor 105 erfassten Beleuchtungsantwort erstellen. Das spektrale Profil kann Aufschluss darüber geben, inwieweit die Farben der Beleuchtungsquellen 103 von dem anatomischen Ziel 107 absorbiert werden oder nicht. Wenn das spektrale Profil mit einem bekannten Profil übereinstimmt, kann die Zusammensetzung des anatomischen Ziels 107 bestimmt werden. Obwohl eine solche Analyse mit weißem Licht durchgeführt werden kann, das ein breites Spektrum zufälliger Wellenlängen und Intensitäten aufweist, kann die Verwendung der Beleuchtungsquellen 103 des Beispielbeleuchtungssystems 101 mit vorbestimmter schmaler Wellenlänge im Vergleich zu den zufälligen Wellenlängen des herkömmlichen Systems weniger Rauschen und eine schnellere Erfassung des Spektralprofils der Reaktionsbeleuchtung ermöglichen, da jede Beleuchtungswellenlänge ein vorbestimmtes schmales Band aufweist und jede Beleuchtungsquelle 103 eine vorbestimmte Intensität aufweist.
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In bestimmten Beispielen können ein Controller 106 des Bildgebungssystems 102 und ein Controller 104 des Beleuchtungssystems 101 über eine Kommunikationsverbindung 108 gekoppelt werden, um die Abfolge der mehreren Beleuchtungsquellen 103 und die Abtastung des optischen Sensors 105 zu synchronisieren. In bestimmten Beispielen können die mehrfachen Beleuchtungsquellen 103 eine LED, einen Laser, einen Quantenpunkt oder Kombinationen davon umfassen.
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2A illustriert grafisch ein Verfahren zum Betrieb eines beispielhaften Beleuchtungssystems (z. B. 1, 101) gemäß dem vorliegenden Gegenstand. Das Beleuchtungssystem kann mehrere Beleuchtungsquellen enthalten. Jede Beleuchtungsquelle kann Licht projizieren, dessen Wellenlänge sich von der mehrerer anderer Beleuchtungsquellen des Beleuchtungssystems unterscheidet. Zum Beispiel kann eine erste Beleuchtungsquelle Licht mit einer Wellenlänge von etwa 400 Nanometern (nm) projizieren, eine zweite Beleuchtungsquelle kann Licht mit einer Wellenlänge von etwa 500 nm projizieren, und eine dritte Beleuchtungsquelle kann Licht mit einer Wellenlänge von etwa 630 nm projizieren. In einigen Beispielen kann das Beleuchtungssystem zusätzliche Beleuchtungsquellen haben, die Licht mit einer bestimmten Wellenlänge oder einer bestimmten Mittenfrequenz projizieren können. In der Darstellung des Beispiels von 2A umfasst das Beleuchtungssystem Beleuchtungsquellen, die einzeln rotes, orange-gelbes, grünes, blaues und violettes Licht erzeugen können. Die Darstellung der Steuersignale der Beleuchtungsquellen des Beleuchtungssystems zeigt an, dass das Verfahren jede Beleuchtungsquelle zu jeder Zeit für ein kleines Intervall einschalten kann, zum Beispiel in der Größenordnung einer Mikrosekunde (~µs) oder so. Das Verfahren zeigt an, dass das Beleuchtungssystem kontinuierlich Licht liefert. In bestimmten Beispielen kann sich eine Beleuchtungsperiode einer Beleuchtungsquelle mit einem Teil einer Beleuchtungsperiode einer zweiten Beleuchtungsquelle überlagern. In einigen Beispielen kann die zusammengesetzte Beleuchtung, die durch das sequentielle Pulsieren der mehreren Beleuchtungsquellen des Beispielbeleuchtungssystems erzeugt wird, als weißes Licht oder als Licht mit einem vollständigen Spektrum sichtbarer Frequenzen erscheinen, so dass ein Wechsel der einzelnen Beleuchtungsquellen für das menschliche Auge nicht erkennbar ist. So kann ein optischer Sensor, eine Kamera oder ein Display eines Bildgebungssystems gut beleuchtete Bilder eines Betrachtungsbereichs erfassen und projizieren und das Bild anzeigen. Bei Anwendungen, die kein klares und gut beleuchtetes Bild erfordern, kann das Intervall, in dem eine einzelne Beleuchtungsquelle aktiviert wird, länger als 1µs sein, z. B. in der Größenordnung von mehreren Millisekunden (ms) oder länger.
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Wenn das Ziel beleuchtet wird, kann ein optischer Sensor die Reaktion der Beleuchtung durch eine einzelne Beleuchtungsquelle des Beleuchtungssystems erfassen, und ein Steuergerät kann das Bild analysieren, um die Absorptionsrate der spezifischen Farbe, die von der Beleuchtungsquelle auf das Ziel projiziert wird, zu bewerten. Da das Beleuchtungssystem wiederholt jede Beleuchtungsquelle aktiviert und deaktiviert, kann der Controller die Absorptionsinformationen für jede Wellenlänge, die von den Beleuchtungsquellen des Beleuchtungssystems auf das Ziel projiziert wird, integrieren und ein Spektralprofil des Ziels erstellen. In bestimmten Beispielen kann der Controller, der die Bilder für die Spektralanalyse erfasst, mit dem Controller des Beleuchtungssystems synchronisiert werden. 2B zeigt ein Beispiel für ein Spektralprofil, das von einem Beispiel-Controller erstellt wurde. Das Beispielspektralprofil enthält eine Linie 210, die eine erwartete normalisierte Intensität für die Antwortbeleuchtung von einem weißen Referenzziel markiert. Die Informationen des Spektralprofils können die Zusammensetzung des Ziels anzeigen. In einigen Beispielen können die Informationen des Spektralprofils zusammen mit dem von der Kamera aufgenommenen Bild angezeigt werden, und der Benutzer kann eine zeitnahe Rückmeldung erhalten, die eine Bestimmung der Zusammensetzung des Ziels ermöglicht. Eine solche Rückmeldung kann dem Bediener Aufschluss darüber geben, wie die Behandlung des Ziels zu planen oder anzupassen ist, je nachdem, ob das System diagnostisch oder im Rahmen einer Therapie eingesetzt wird.
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In bestimmten Beispielen kann ein Steuergerät die Abfolge der Beleuchtungsquellen steuern und gleichzeitig die Aufnahme von Bildern synchronisieren, wenn eine bestimmte Beleuchtungsquelle das Ziel beleuchtet. Beispielsweise kann die Steuerung das Beleuchtungsintervall einer ersten Beleuchtungsquelle einleiten. Wenn die erste Beleuchtungsquelle das Ziel beleuchtet, kann die Steuerung ein Signal an das Bildgebungssystem senden, um ein einzelnes Bild des Ziels aufzunehmen, das nur mit dem Licht der ersten Beleuchtungsquelle beleuchtet wird.
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3 zeigt allgemein ein System 320, das ein Beispielsystem zur Identifizierung der Zusammensetzung gemäß dem vorliegenden Gegenstand verwendet. Das System 300 kann ein medizinisches Endoskop 311, ein Beleuchtungssystem 301 und ein Abbildungssystem 302 umfassen. In einigen Beispielen kann das Bildgebungssystem 302 einen Monitor umfassen, der mit einem proximalen Ende 318 des medizinischen Endoskops 311 verbunden ist, um ein Bild eines anatomischen Ziels 307 an einem distalen Ende 319 des medizinischen Endoskops 311 anzuzeigen. Das medizinische Endoskop 311 kann einen Schaft 314 oder eine Sonde, einen optischen Sensor 306 und einen Beleuchtungspfad oder optischen Pfad 313 umfassen. Der Schaft 314 kann in eine Öffnung oder einen Einschnitt eines Patienten eingeführt werden. In einigen Beispielen kann der Schaft 314 flexibel sein, um Drehungen und Wendungen zu navigieren, während er auf das anatomische Ziel 307 ausgerichtet wird. Der Schaft 314 kann einen oder mehrere Kanäle 317 enthalten.
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Der optische Sensor 306 kann mit dem Schaft integriert werden. Der optische Sensor 306 kann Licht aus dem Bereich um das distale Ende 319 des Schafts empfangen, einschließlich Licht, das von einem anatomischen Ziel 307 reflektiert oder erzeugt wird. Der optische Sensor 306 kann ein Bildsignal 312 an das Bildgebungssystem 302 liefern. In bestimmten Beispielen kann das Bildgebungssystem 302 eine Anzeige oder einen Monitor umfassen, so dass ein Benutzer des medizinischen Endoskops 311 Echtzeitbilder eines anatomischen Ziels 307 sehen kann.
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Das Beleuchtungssystem kann das anatomische Ziel 307 beleuchten, so dass der optische Sensor 306 ein Bild oder andere optische Effekte des anatomischen Ziels 307 erfassen kann. In bestimmten Beispielen kann das Beleuchtungssystem Teil des medizinischen Endoskops 311 sein. In einigen Beispielen kann das Beleuchtungssystem vom medizinischen Endoskop 311 getrennt sein. In bestimmten Beispielen kann das Licht von mehreren Beleuchtungsquellen 303 des Beleuchtungssystems über einen optischen Pfad 313 des Schafts des medizinischen Endoskops geleitet werden. In bestimmten Beispielen kann das Beleuchtungssystem mehrere Beleuchtungsquellen 303 umfassen. Jede Beleuchtungsquelle 303 kann Licht mit einer anderen Farbe als die anderen Beleuchtungsquellen liefern. Zum Beispiel kann eine erste Beleuchtungsquelle Licht mit einem schmalen Frequenzbereich liefern, der um eine erste Frequenz zentriert ist, und jede andere Beleuchtungsquelle des Beleuchtungssystems kann Licht mit einem schmalen Frequenzbereich liefern, der um andere Frequenzen zentriert ist. In bestimmten Beispielen kann jede Beleuchtungsquelle Licht emittieren, das um eine andere Frequenz oder Wellenlänge zentriert ist als das von jeder anderen Beleuchtungsquelle emittierte Licht. In einigen Beispielen ist die Grenzfrequenz des Lichts jeder Beleuchtungsquelle sichtbares Licht, aber der vorliegende Gegenstand ist nicht so beschränkt. Die Halbwertsbreite (FWHM) ist ein Parameter, der üblicherweise verwendet wird, um die Breite eines „Höckers“ auf einer Kurve oder Funktion zu beschreiben. Er ist durch den Abstand zwischen den Punkten auf der Kurve gegeben, an denen die Funktion die Hälfte ihres Maximalwertes erreicht. In bestimmten Beispielen kann jede Beleuchtungsquelle Licht mit einer FWHM von weniger als 20 Nanometern (nm) liefern. In einigen Beispielen kann der FWHM-Parameter für eine oder mehrere der Beleuchtungsquellen weniger als 10 nm betragen. In einigen Beispielen kann der FWHM-Parameter für eine oder mehrere der Beleuchtungsquellen weniger als 5 nm betragen.
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6 zeigt im Allgemeinen Wellenlängenplots mehrerer Beleuchtungsquellen, normiert nach Intensität, die in einem Beispielsystem des vorliegenden Gegenstandes verwendet werden können. Die Diagramme enthalten ein erstes Wellenlängen-Diagramm 601 für eine violette Lichtquelle, wobei die Wellenlängen der violetten Beleuchtungsquelle bei einer Wellenlänge von etwa 401 nm zentriert sind. Das Diagramm enthält ein zweites Wellenlängen-Diagramm 602 für eine blaue Lichtquelle, wobei die Wellenlängen der blauen Beleuchtungsquelle bei einer Wellenlänge von etwa 456 nm zentriert sind. Das Diagramm enthält ein drittes Wellenlängendiagramm 603 für eine grüne Lichtquelle, wobei die Wellenlängen der grünen Beleuchtungsquelle bei einer Wellenlänge von etwa 511 nm zentriert sind. Die Grafik enthält eine vierte Wellenlängengrafik 604 für eine orangefarbene Lichtquelle, wobei die Wellenlängen der orangefarbenen Beleuchtungsquelle bei einer Wellenlänge von etwa 588 nm zentriert sind. Das Diagramm enthält ein fünftes Wellenlängendiagramm 605 für eine rote Lichtquelle, wobei die Wellenlängen der roten Beleuchtungsquelle bei einer Wellenlänge von etwa 634 nm zentriert sind. Ebenfalls in 6 dargestellt ist ein Maß für die Halbwertsbreite (FWHM) 606, 607 für die zweite und dritte Wellenlängenkurve 602, 603. Eine grobe Schätzung zeigt an, dass die FWHM 606 für die zweite Wellenlängenkurve etwa 35 nm und die FWHM 607 für die dritte Wellenlängenkurve etwa 25 nm beträgt.
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Wiederum auf 3 bezugnehmend, können in bestimmten Beispielen die mehreren Beleuchtungsquellen 303 bei der Bestimmung der Zusammensetzung des anatomischen Ziels 307 helfen. Das dargestellte System kann beispielsweise zur Diagnose oder Behebung bestimmter Zustände verwendet werden, bei denen ein „Stein“, z. B. ein Nierenstein, ein Gesundheitsproblem verursacht. Die Kenntnis der Steinzusammensetzung kann bei der Auswahl einer geeigneten Therapie zur Behebung des Gesundheitsproblems helfen. Die Bestimmung der Steinzusammensetzung kann beinhalten, dass der Stein mit verschiedenen Farben oder Frequenzen elektromagnetischer Strahlung beleuchtet wird, die von den mehreren Beleuchtungsquellen 303 ausgesendet wird, dass das reflektierte Licht oder die Fluoreszenz der angewandten Beleuchtung mit dem optischen Sensor 306 erfasst wird und dass das erfasste Licht und ein Absorptionsgrad des Beleuchtungslichts analysiert werden, um die Zusammensetzung des anatomischen Ziels 307 zu bestimmen. Es versteht sich, dass Licht in den sichtbaren Farben eine Form von elektromagnetischer Strahlung ist. In bestimmten Beispielen können ein Steuergerät des Bildgebungssystems 302 und ein Steuergerät des Beleuchtungssystems 301 über eine Kommunikationsverbindung 308 gekoppelt sein, um die Abfolge der mehreren Beleuchtungsquellen 403 und die Abtastung des optischen Sensors 305 zu synchronisieren. In bestimmten Beispielen können die mehreren Beleuchtungsquellen 303 eine LED, einen Laser, einen Quantenpunkt oder Kombinationen davon umfassen.
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In bestimmten Beispielen kann der optische Pfad 313 eine oder mehrere optische Fasern zur Übertragung von Licht von den mehreren Beleuchtungsquellen 303 enthalten. In bestimmten Beispielen kann der Schacht 314 einen oder mehrere optionale optische Pfade 323 enthalten. In bestimmten Beispielen kann das kombinierte Licht von den mehreren Beleuchtungsquellen 303 über ein gemeinsames optisches Medium wie eine gemeinsame optische Faser oder ein optisches Faserkabel übertragen werden. In einigen Beispielen kann das Licht von den mehreren Beleuchtungsquellen 303 separat über mehrere optische Pfade oder mehrere optische Medien, wie z. B. mehrere optische Fasern oder mehrere optische Faserkabel, übertragen werden. In einigen Beispielen kann das Licht von jeder Beleuchtungsquelle 303 einzeln über ein einzelnes optisches Medium vom proximalen Ende des Schafts 314 zum distalen Ende des Schafts 314 übertragen werden. In einigen Beispielen kann das Licht von einer Untergruppe von Beleuchtungsquellen der mehreren Beleuchtungsquellen 303 als eine individuelle Gruppe über ein individuelles optisches Medium vom proximalen Ende des Schafts 314 zum distalen Ende des Schafts 314 übertragen werden.
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4 zeigt allgemein ein System, das ein Beispiel für ein System zur Identifizierung der Zusammensetzung 400 gemäß dem vorliegenden Gegenstand verwendet. Das System 400 kann ein medizinisches Endoskop 411 und ein Bildgebungssystem umfassen. In einigen Beispielen kann das Bildgebungssystem eine Kamera 415 an einem distalen Ende 419 des medizinischen Endoskops 411 und einen Monitor umfassen, der mit einem proximalen Ende 418 des medizinischen Endoskops 411 verbunden ist, um ein Bild eines anatomischen Ziels 407 anzuzeigen, das sich am distalen Ende 419 des medizinischen Endoskops 411 befindet. In einigen Beispielen kann das medizinische Endoskop 411 einen Schaft 414 oder eine Sonde, die Kamera 415 und ein Beleuchtungssystem umfassen. Der Schaft 414 kann in eine Öffnung oder einen Einschnitt eines Patienten eingeführt werden. In einigen Beispielen kann der Schaft 414 flexibel sein, um Drehungen und Wendungen zu bewältigen, während er zum anatomischen Ziel positioniert wird. Der Schaft kann einen oder mehrere Kanäle 417 enthalten.
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Die Kamera 415 kann in einem der Kanäle des Schafts 414 angeordnet sein. Die Kamera 415 kann Licht aus dem Bereich um das distale Ende 419 des Schafts 414 empfangen, einschließlich Licht, das von einem anatomischen Ziel 407 reflektiert oder erzeugt wird. Die Kamera 415 kann ein Bildsignal an das Bildgebungssystem liefern. In bestimmten Beispielen kann der Monitor des Bildgebungssystems Bilder anzeigen, so dass ein Benutzer des medizinischen Endoskops 411 Echtzeitbilder des anatomischen Ziels 407 sehen kann.
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Das Beleuchtungssystem 401 kann das anatomische Ziel 407 beleuchten, so dass die Kamera 415 ein Bild oder andere optische Effekte des anatomischen Ziels 407 erfassen kann. In bestimmten Beispielen kann das Beleuchtungssystem 401 ein Teil des medizinischen Endoskops 411 sein. In einigen Beispielen kann das Beleuchtungssystem 401 von dem medizinischen Endoskop 411 getrennt sein. In bestimmten Beispielen kann das Licht von einer Beleuchtungsquelle des Beleuchtungssystems 401 über einen optischen Pfad 413 des Schafts 414 oder einen oder mehrere optionale optische Pfade 423 des medizinischen Endoskops 411 geleitet werden. In bestimmten Beispielen kann das Beleuchtungssystem 401 mehrere Beleuchtungsquellen 403 umfassen. Jede Beleuchtungsquelle 403 kann Licht mit einer anderen Farbe als die anderen Beleuchtungsquellen liefern. Zum Beispiel kann eine erste Beleuchtungsquelle Licht mit einem engen Frequenzbereich liefern, der um eine erste Frequenz zentriert ist, und jede andere Beleuchtungsquelle des Beleuchtungssystems kann Licht mit einem engen Frequenzbereich liefern, der um andere Frequenzen zentriert ist. In einigen Beispielen ist die Grenzfrequenz des Lichts jeder Beleuchtungsquelle sichtbares Licht, aber der vorliegende Gegenstand ist nicht so beschränkt.
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In bestimmten Beispielen können die mehreren Beleuchtungsquellen 403 bei der Bestimmung der Zusammensetzung des anatomischen Ziels 407 helfen. Das dargestellte System 400 kann beispielsweise zur Diagnose oder Behebung bestimmter Zustände verwendet werden, bei denen ein „Stein“, z. B. ein Nierenstein, ein Gesundheitsproblem verursacht. Die Kenntnis der Steinzusammensetzung kann bei der Auswahl einer geeigneten Therapie zur Behebung des Gesundheitsproblems helfen. Die Bestimmung der Steinzusammensetzung kann die Beleuchtung des Steins mit verschiedenen Farben oder Frequenzen elektromagnetischer Strahlung, die Erfassung der reflektierten Beleuchtung oder der Fluoreszenz der angewandten Beleuchtung mit dem optischen Sensor 405 und die Analyse des erfassten Lichts und eines Absorptionsgrads des Beleuchtungslichts zur Bestimmung der Zusammensetzung des anatomischen Ziels 407 umfassen.
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In bestimmten Beispielen kann der optische Sensor 405 Reaktionslicht empfangen, z. B. Licht vom Beleuchtungssystem, das vom anatomischen Ziel 407 und Bereichen um das anatomische Ziel 407 herum reflektiert wird. Der optische Sensor 405 kann sich am proximalen Ende 418 des Schafts 414 befinden und kann die Antwortbeleuchtung über einen optischen Pfad 416 empfangen, der sich innerhalb des Arbeitskanals 417 des medizinischen Endoskops 411 erstreckt. In bestimmten Beispielen kann der optische Pfad 416 eine optische Faser oder ein optisches Kabel umfassen. In bestimmten Beispielen können ein Controller des optischen Sensors 405 und ein Controller des Beleuchtungssystems 401 über eine Kommunikationsverbindung 408 gekoppelt sein, um die Sequenzierung der mehreren Beleuchtungsquellen 403 und die Abtastung des optischen Sensors 405 zu synchronisieren. In bestimmten Beispielen können die mehrfachen Beleuchtungsquellen 403 eine LED, einen Laser, einen Quantenpunkt oder Kombinationen davon umfassen.
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5 zeigt ein allgemeines Beispiel für ein Verfahren zum Betrieb eines Beleuchtungssystems, das mehrere Beleuchtungsquellen zur Bestimmung der Zusammensetzung eines anatomischen Ziels verwendet. Bei 501 kann Licht von mehreren Beleuchtungsquellen von einem Beleuchtungssystem ausgestrahlt werden, um ein anatomisches Ziel zu beleuchten und eine Beleuchtungsantwort zu erzeugen. In einigen Beispielen kann jede einzelne Beleuchtungsquelle Licht mit einer anderen Farbe als die anderen Beleuchtungsquellen emittieren. In bestimmten Beispielen können die Beleuchtungsquellen in einer seriellen Weise gepulst werden, so dass nur ein Teil der mehreren Beleuchtungsquellen zu einem bestimmten Zeitpunkt Licht aussendet. In einigen Beispielen kann das serielle Takten der Beleuchtungsquellen dazu führen, dass jede Farbe der Beleuchtungsquellen zu einem bestimmten Zeitpunkt die einzige emittierte Farbe ist. Gleichzeitig kann das serielle Pulsieren der Beleuchtungsquellen den Eindruck erwecken, als würde das Beleuchtungssystem weißes Licht oder Licht mit einem breiten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtspektrums aussenden.
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Bei 503 kann ein optischer Sensor die Beleuchtungsantwort des anatomischen Ziels empfangen. In bestimmten Beispielen kann der optische Sensor einen lichtempfindlichen Transistor wie ein CMOS-Bauelement oder lichtempfindliche ladungsgekoppelte Bauelemente (CCDs) umfassen. In einigen Beispielen kann der optische Sensor ein Spektrometer sein. Bei 505 kann dem Benutzer ein Bild des anatomischen Ziels z. B. über einen Monitor zur Verfügung gestellt werden. In 507 können dem Benutzer spektrale Informationen über das anatomische Ziel zur Verfügung gestellt werden. Die spektralen Informationen können aus der vom optischen Sensor empfangenen Beleuchtungsantwort abgeleitet werden. In einigen Beispielen können die spektralen Informationen über einen zweiten Monitor bereitgestellt werden. In einigen Beispielen können die spektralen Informationen über denselben Monitor bereitgestellt werden, der auch das Bild liefert. In bestimmten Beispielen kann ein Controller die Spektralinformationen, die in Form eines Spektralprofils vorliegen können, mit bekannten Profilen von Materialien und Phänomenen vergleichen. Wenn das abgeleitete Spektralprofil mit einem bekannten Material oder Phänomen mit einem bestimmten Grad an Sicherheit übereinstimmt, kann dem Benutzer ein Alarm oder eine Anzeige auf dem Monitor angezeigt werden. In bestimmten Beispielen kann der optische Sensor mehrere Lichtsensorvorrichtungen enthalten, die einem Sichtfeld zugeordnet sind, und das Spektralprofil kann Spektralinformationen für mehrere Bereiche innerhalb des Sichtfelds enthalten. Wenn das abgeleitete Spektralprofil für einen bestimmten Bereich mit einem bekannten Material oder Phänomen (z. B. Krebsgewebe, eine Zyste, Narbengewebe usw.) übereinstimmt, kann der Bereich grafisch hervorgehoben werden, um einen möglichen Bereich von Interesse anzuzeigen. In einigen Beispielen können die Parameter für den Abgleich eines abgeleiteten Spektralprofils mit einem Alarmzustand von der Härte oder Weichheit des Materials abhängen, mit dem das Spektralprofil übereinstimmt, und eine Anzeige der Materialhärte kann auf dem Monitor erfolgen.
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ANMERKUNGEN UND BEISPIELE
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In einem ersten Beispiel, Beispiel 1, kann ein Zielanalysesystem einen Sensor umfassen, der so eingerichtet ist, dass er eine Antwortbeleuchtung von einem anatomischen Ziel empfängt; eine Beleuchtungsvorrichtung, die mehrere Beleuchtungsquellen umfasst, um das anatomische Ziel zu beleuchten, wobei jede Beleuchtungsquelle so eingerichtet ist, dass sie Licht mit einer Halbwertsbreite emittiert, das um eine andere Frequenz zentriert ist als jede andere Beleuchtungsquelle; und ein Bildsystem, das so eingerichtet ist, dass es jede Beleuchtungsquelle der mehreren Beleuchtungsquellen steuert, um ein Bild zu liefern, das für das anatomische Ziel repräsentativ ist, und um zusätzlich zu dem Bild Spektralintensitätsinformationen der empfangenen Beleuchtung zu liefern.
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In Beispiel 2 umfasst der Gegenstand von Beispiel 1, dass das Bildsystem so eingerichtet ist, dass es zusätzlich zum Bild ein spektrales Intensitätssignal der empfangenen Beleuchtung liefert.
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In Beispiel 3 umfasst der Gegenstand der Beispiele 1 bis 3, dass sich die Halbwertsbreite des von jeder Beleuchtungsquelle emittierten Lichts nicht mit dem Frequenzbereich der Halbwertsbreite des von jeder anderen Beleuchtungsquelle emittierten Lichts überschneidet.
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In Beispiel 4 schließt der Gegenstand der Beispiele 1-3 ein, dass das Bildsystem einen Controller enthält, der eingerichtet ist, um eine individuelle Intensität einer Beleuchtungsquelle der mehreren Beleuchtungsquellen zu modulieren.
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In Beispiel 5 schließt der Gegenstand der Beispiele 1-4 ein, dass die Steuerung so eingerichtet ist, dass sie einen Intensitätszustand der Beleuchtungsvorrichtung periodisch ändert, um eine zeitliche Kette von mehreren Beleuchtungszuständen bereitzustellen; wobei ein erster Beleuchtungszustand der mehreren Beleuchtungszustände sich von einem zweiten, unmittelbar vorhergehenden Beleuchtungszustand der mehreren Beleuchtungszustände unterscheidet; und wobei der erste Beleuchtungszustand sich von einem dritten, unmittelbar nachfolgenden Beleuchtungszustand der mehreren Beleuchtungszustände unterscheidet.
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In Beispiel 6 umfasst der Gegenstand von Beispiel 5 eine Mikrosekunde.
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In Beispiel 7 umfasst der Gegenstand der Beispiele 1-6 ein Endoskop, das so eingerichtet ist, dass es den Sensor trägt.
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In Beispiel 8 umfasst der Gegenstand von Beispiel 7 einen ersten optischen Pfad, der so eingerichtet ist, dass er die Antwortbeleuchtung von einem ersten Ende des Endoskops zu einem zweiten Ende des Endoskops leitet.
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In Beispiel 9 umfasst der Gegenstand von Beispiel 8 einen optischen Sensor, der so eingerichtet ist, dass er die Beleuchtungsantwort aus dem ersten optischen Pfad empfängt.
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In Beispiel 10 umfasst der Gegenstand von Beispiel 9, dass der optische Sensor eine Kamera umfasst.
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In Beispiel 11 umfasst der Gegenstand der Beispiele 9-10, wobei der optische Sensor ein Spektrometer umfasst.
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In Beispiel 12 umfasst der Gegenstand der Beispiele 1-11, dass die mehreren Beleuchtungsquellen mehr als zwei Beleuchtungsquellen umfassen.
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In Beispiel 13 schließt der Gegenstand der Beispiele 1-12 ein, dass die mehreren Beleuchtungsquellen einen Quantenpunkt enthalten.
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Beispiel 14 ist ein Verfahren zum Identifizieren einer Zusammensetzung eines anatomischen Objekts, wobei das Verfahren das Emittieren von Licht aus mehreren Beleuchtungsquellen umfasst, um ein anatomisches Ziel zu beleuchten und eine Beleuchtungsantwort zu erzeugen, wobei jede Beleuchtungsquelle so eingerichtet ist, dass sie Licht mit einem Frequenzbereich emittiert, der um eine andere Frequenz als jede andere Beleuchtungsquelle zentriert ist; das Empfangen der Beleuchtungsantwort von einem anatomischen Ziel an einem optischen Sensor; das Bereitstellen eines Bildes, das für das anatomische Ziel repräsentativ ist; und das Bereitstellen von Spektralintensitätsinformationen der Beleuchtungsantwort zusätzlich zu dem Bild.
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In Beispiel 15 schließt der Gegenstand von Beispiel 14 ein, dass das Aussenden von Licht von den mehreren Beleuchtungsquellen die zeitliche Abfolge von Lichtimpulsen von jeder der mehreren Beleuchtungsquellen einschließt, um zeitlich aufeinanderfolgende Lichtimpulse bereitzustellen.
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In Beispiel 16 umfasst der Gegenstand von Beispiel 15 die Erfassung eines oder mehrerer Bilder des anatomischen Ziels während jedes Lichtimpulses der zeitlich aufeinanderfolgenden Lichtimpulse.
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In Beispiel 17 umfasst der Gegenstand von Beispiel 16 die Synchronisierung der zeitlich aufeinanderfolgenden Lichtimpulse von jeder der mehreren Beleuchtungsquellen mit der Erfassung eines oder mehrerer Bilder des anatomischen Ziels.
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In Beispiel 18 umfasst der Gegenstand der Beispiele 15-17 Mikrosekunden.
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In Beispiel 19 umfasst der Gegenstand der Beispiele 15-18 Mikrosekunden.
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In Beispiel 20 schließt der Gegenstand der Beispiele 15-19 ein, dass die mehreren Beleuchtungsquellen einen Quantenpunkt enthalten.
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Beispiel 21 ist mindestens ein maschinenlesbares Medium, das Befehle enthält, die, wenn sie von einem Verarbeitungsschaltkreis ausgeführt werden, den Verarbeitungsschaltkreis veranlassen, Operationen zur Umsetzung eines der Beispiele 1-20 durchzuführen.
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Beispiel 22 ist ein Gerät, das Mittel zur Durchführung eines der Beispiele 1-20 umfasst. Beispiel 23 ist ein System zur Umsetzung eines der Beispiele 1-20.
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Beispiel 24 ist ein Verfahren zur Durchführung eines der Beispiele 1-20.
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Die obige ausführliche Beschreibung enthält Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diese Ausführungsformen werden hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen Elementen weitere Elemente enthalten.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung denken jedoch auch an Beispiele, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Darüber hinaus ziehen die Erfinder auch Beispiele in Betracht, bei denen eine beliebige Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwendet wird, entweder in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder in Bezug auf andere Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon), die hier gezeigt oder beschrieben werden.
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Im Falle widersprüchlicher Verwendungen zwischen diesem Dokument und den durch Verweis aufgenommenen Dokumenten ist die Verwendung in diesem Dokument maßgeblich.
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In diesem Dokument werden die Begriffe „a“ oder „an“, wie in Patentdokumenten üblich, verwendet, um eines oder mehr als eines einzuschließen, unabhängig von allen anderen Fällen oder Verwendungen von „mindestens einem“ oder „einem oder mehreren“. In diesem Dokument wird der Begriff „oder“ verwendet, um sich auf ein nicht ausschließendes „oder“ zu beziehen, so dass „A oder B“ „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ einschließt, sofern nichts anderes angezeigt wird. In diesem Dokument werden die Begriffe „einschließlich“ und „in denen“ als einfache Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „wobei“ verwendet. Auch die Begriffe „einschließlich“ und „umfassend“ sind offen, d. h. ein System, eine Vorrichtung, ein Artikel, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Verfahren, das zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff aufgeführten Elementen Elemente umfasst, fällt immer noch unter das Endoskop des behandelten Gegenstands. Darüber hinaus werden die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. in den Ansprüchen lediglich als Bezeichnungen verwendet und sollen nicht dazu dienen, numerische Anforderungen an ihre Gegenstände zu stellen.
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Die obige Beschreibung dient der Veranschaulichung und ist nicht restriktiv. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Andere Ausführungsformen können verwendet werden, z. B. von einem Fachmann, der nach Durchsicht der obigen Beschreibung über die erforderlichen Kenntnisse verfügt. Die Zusammenfassung soll es dem Leser ermöglichen, die Art der technischen Offenbarung schnell zu erfassen. Sie wird mit der Maßgabe vorgelegt, dass sie nicht zur Auslegung oder Begrenzung des Endoskops oder der Bedeutung eines Anspruchs verwendet wird. In der obigen detaillierten Beschreibung können verschiedene Merkmale zusammengefasst werden, um die Offenbarung zu vereinfachen. Dies sollte nicht so ausgelegt werden, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für einen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der Erfindungsgegenstand in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten offengelegten Ausführungsform liegen. Die folgenden Aspekte werden hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Aspekt für sich genommen eine separate Ausführungsform darstellt, und es wird in Betracht gezogen, dass diese Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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