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Gerät zur Untersuchung eines Körpers mittels Strahlung Die Erfindung
betrifft ein Gerät zur Untersuchung eines Körpers mittels Strahlung, z.B. mittels
Röntgen- oder Gammastrahlen, wobei Mittel vorgesehen sind, um von einem ebenen Bereich
des Körpers elektrische Signale abzuleiten, die ein Maß für die Absorption sind,
die die Strahlung beim Durchlaufen des Körpers in Form mehrerer Gruppen linearer
Wege erfährt.
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Es ist bekannt, eine Röntgenaufnahme eines Körpersbereiches herzustellen,
indem die Absorption von mehreren Strahlen gemessen wird, die durch den Körperbereich
in genau festgelegter Weise so hindurchgeschickt werden, daß sich zumindest
einige
der Strahlen schneiden. In der G3-PS 1 283 915 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren
für eine derartige Herstellung einer Röntgenaufnahme beschrieben.
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Dort werden die Absorptions- oder Durchlässigkeitskoeffizienten verschiedener
in dem Körperbereioh angenommener Elemente einer Matrix aus den gemessenen Absorptionen
der Strahlen rechnerisch in Verbindung mit einer Reihe von Näherungen ermittelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Gerät der
eingangs genannten Art mit einer Anzeigevorrichtung zu schaffen.
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Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
Mittel vorgesehen sind, um die elektrischen Signale gemäß einer Konvolutions-Funktion
zu transformieren, daß visuelle Anzeigemittel mit einem Bildschirm vorgesehen sind,
der in Bezug auf jeden Strahlenweg eine sichtbare Linie anzeigt, deren Helligkeit
durch das von diesem Weg abgeleitete transformierte elektrische Signal bestimmt
ist, wobei jede angezeigte Linie auf dem Schirm unter einem Winkel orientiert ist,
der dem Winkel des zugehörigen linearen Weges durch den Bereich des Körpers entspricht.
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Nachfolgend wird die gemessene Absorption eines Strahls als t'Randwert'l
und der Absorptions- oder Iurchlässigkeitskoeffizient, der einem bestimmten Element
in der Matrix zugeordnet ist, als "Maschenwert" bezeichnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung bedeuten:
Fig. 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen
Gerätes zur Untersuchung eines Körpers, Fig. 2 eine Anzeigevorrichtung zur Verwendung
in Verbindung mit dem in Fig. 1 dargestellten Gerät, Big. 5 eine andere Anordnung,
die Teil des in Fig. 1 dargestellten Gerätes bilden kann, Fig. 4 ein Gerät zur Anzeige
von Signalen, die mit dem in Fig. 3 dargestellten Gerät abgeleitet worden sind,
Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Gerätes
und Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer alternativen Anordnung, die bei
dem Gerät gemäß Fig. 5 verwendet werden kann.
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Mit dem in Fig. 1 dargestellten Gerät können Gruppen von parallelen
Strahlen durch einen durch eine Ausnehmung 1 definierten Bereich in mehreren unterschiedlichen
Richtungen geschickt werden. Es sind zwei solcher Strahlengruppen durch gestrichelte
Linien angedeutet. An einem Rahmen 2 befindet sich eine Röntgenstrahlungsquelle
3 und dieser gegenüber auf der anderer Seite der Ausnehmung ein Strahlungsdetektor
4. Die Strahlungsquelle 3, die beispielsweise aus einer Ooolidge-Röhre besteht,
schickt einen gebündelten Strahl zum Detektor 4, der bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung aus einem Natriumiodid-Scintillationskristall und einer zugeordneten
Fhotovervielfacherröhre besteht. Der Rahmen 2 kann eine hin- und hergehende Bewegung
relativ
zu einer scheibenförmigen Rückplatte 5 ausführen, wobei
der Rahmen 2 von einem umsteuerbaren Motor 6 über eine Verbindungsstange 7 angetrieben
wird. In der dargestellten Lage führt der Rahmen eine Rechts-, Links-, Rechtsbewegung
aus. Die Rückplatte 5 kann in der Ebene der Hin- und Herbewegung des Rahmens 2 gedreht
werden, und diese Drehung wird durch einen Motor 8 über ein Getrieberad 8a bewirkt.
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Der Motor 8 arbeitet stufenweise in Abhängigkeit von elektrischen
Impulsen eines Taktgebers 9, und der Motor 6 wird durch dieselben Impulse gesteuert.
Die vom Detektor 4 empfangenen Photonen werden in einem Zähler lo gezählt, dessen
Inhalt in Abhangigkeit von den Impulsen des Taktgebers 9 ausgegeben und einem logarithmischen
Umsetzer zugeführt wird, der analoge Signale mit einer Amplitude erzeugt, die ein
Maß für den Logarithmus der vom Zähler lo ausgegebenen Zahlen ist.
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Im Betrieb bewegt sich der Rahmen 2 regelmäßig über die Ausnehmung,
so daß die Röhre 3 ein Feld von parallelen Strahlen durch den Körperbereich schickt.
Der Detektor 4 stellt seinerseits die Photonenintensität jedes Strahls nach Durchlaufen
dieses Bereiches fest, und der Impulsausgang des ihotovervielfachers wird während
der Bewegung des Rahmens 2 im Zähler lo gezählt. Nachdem das Überstreichen des Bereiches
erfolgt ist, dreht der Motor 8 die Rückplatte 5 um eine Winkelstufe weiter, und
die Strahlen überstreichen erneut das Feld, Jedoch mit umgekehrter Bewegungsrichtung
des Rahmens. Dieser Vorgang wird unter zahlreichen verschiedenen Winkeln wiederholt.
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Der Ausgang des logarithmischen Umsetzers 11 liefert eine Reihe von
Signalen, die die Randwerte darstellen. Die
Amplitude der Signale
ist jeweils ein Maß für die Gesamtmenge der von den angenommenen Elementen, durch
die der entsprechende Strahl verläuft, absorbierten Strahlung.
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Gruppen solcher Randwertsignale, von denen Jede Gruppe einem Strahlenfeld
entspricht, werden nacheinander einem Konvolutionsrechner 12 zugeführt. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung errechnet der Konvolutionsrechner
von Jeder Gruppe der Randwerte eine Gruppe von Randwerten, die entsprechend der
in der Dl-Anmeldung P . (entsprechend G3-Änmeldung 19 528/73) beschriebenen Weise
transformiert sind. Der Rechner 12 kann Jedoch auch nach einem anderen geeigneten
Transformationsprozeß programmiert sein.
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Anhand der Fig. 8b, c und d der erwähnten GS-PS 1 283 915 ist erläutert,
daß der Bereich der darzustellenden Absorptionskoeffizienten von der gesamten Absorption
der Strahlung durch den Körper abhängt, und es ist daher zweckmäßig, die Absorptionskoeffizienten
als positive und negative Wert in Bezug auf einen Schwellenpegel anzuzeigen. Um
dies zu erreichen, werden Ausgangssignale vom Rechner 12, die ein Maß für die konvolutierten
oder transformierten Randwerte sind, einer Schwellen#chaltung 13 zugeführt, die
die Signale so verarbeitet, daß sie in Bezug auf den Schwellenpegel zu poaitiverroder
negativen Signalen werden. Der Schwellenpegel ist wählbar und hängt von dem erforderlichen
Bereich der zu untersuchenden Absorption ab. Die positiven und negativen Signale
modulieren Quellen von ultravioletter (U.V.) und infraroter (I.R.) Energie Jeweils
über Modulatoren 14 und 15. Diese Modulatoren können beispielsweise aus Kerr-Zellenanordnungen
oder Mitteln zur Steuerung der Versorgungsspannungen der Energiequellen bestehen.
Die modulierte Enrgie wird in der nachfolgend anhand von Fig. 2
beschriebenen
Weise angezeigt.
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Die Anzeigevorrichtung enthält einen drehbaren Schirm 16 mit einer
Schicht aus Leuchtschirmsubstanz, die die Eigenschaft hat, ein Nachleuchten anzuhäufen,
wenn sie mit U,V,-Strahlung bestrahlt wird, die das Nachleuchten aber vermindert,
wenn der Schirm mit I.R.-Strahlung bestrahlt-wird.
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Die Leuchtschirmsubstanzschicht kann aus Zinksulfid bestehen.
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Koinzidente Linien der U.V.- und I.R.-Strahlung von den modulierten
Quellen 17 und 18 werden auf den Schirm 16 mittels einer Zylinderlinse 19 fokussfet,
und sie sind so angeordnet, daß sie über dem Schirm mittels einer drehbaren Spiegeltrommel
20 abtastbar sind. Die Rotation der Spiegeltrommel erfolgt so, daß eine Gruppe-von
parallelen Linien auf dem Schirm 16 angezeigt wird, die einen relativen Abstand
voneinander entsprechend den Röntgenstrahlen in einer der durch den Körper geschickten
Strahlengruppenhaben, und der Schirm 16 wird so gedreht, daß mehrere Gruppffl paralleler
Linien unter verschiedenen Winkeln entsprechend den unterschiedlichen Winkeln der
Strahlengruppen angezeigt werden.
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Die Drehung des Schirms 16 wird vom Motor 8-abgeleitet, und die Spiegeltrommel
20 kann von einem Motor angetrieben werden, der von den Taktimpulsen des Taktgebers
9 gesteuert wird.
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Im Betrieb wird der Schirm 16 einer U.V.-Quelle so ausgesetzt, daß
in der Leuchtschirmsubstanzschicht ein gleichmäßiges Nachleuchten auftritt. Dies
kann dadurch erreicht werden, daß die Linie der U.V.-Strahlung von der Quelle 17
unmoduliert mittels der Spiegeltrommel 20 abgetastet wird. Die oben erwähnten Liniengruppen
werden dann auf dem Schirm angezeigt, wobei das gleichmäßige Nachleuchten des
Schirms
bei Jeder Linie in Abhängigkeit von den den Modulatoren 14 oder 15 zugeführten Modulationssignalen
verstärkt oder vermindert wird. Somit hat Jede Linie eine relative Lage entsprechend
einem Röntgenstrahl und ein Nachleuchten gleichmäßiger Intensität, das ein Maß für
den dem Strahl zugeordneten transformierten Randwert ist.
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Das Nachleuchten von einander schneidenden Linien summiert sich an
den Schnittpunkten, so daß eine räumliche Summe der transformierten Randwerte gemäß
der zuvor erwähnten Patentnnmeldung gebildet wird. Das Nachleuchten wird als sichtbares
Licht freigegeben, wenn ein I.R.-Strahl auf den Schirm gerichtet wird, beispielsweise
durch Abtasten der Quelle 18 im unmodulierten Zustand über dem Schirm mittels der
Spiegeltrommel 20. Das vom Schirm freigesetzte sichtbare Licht wird durch eine benachbarte
Kamera 21 aufgenommen, um eine photographische Aufzeichnung zu erhalten, die einen
Plan der knderungen des Absorptionskoeffizienten in einem Querschnitt des Körpers,
der durch den Ort der Röntgenstrahlen bestimmt ist, darstellt.
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Anstelle einer Berechnung der transformierten Randwerte mittels des
Rechners 12 kann die Konvolution in analoger Weise mit weiteren Strahlen durchgeführt
werden, die auf den Schirm 16 auftreffen. Gemäß Fig. 3 werden Signale von einer
Anordnung zur Abtastung des Körpers von einem Zähler lo und einem logarithmischen
Umsetzer 11 in der anhand von Fig. 1 beschriebenen Weise verarbeitet und anschließend
einer Schwellenschaltung 22 zugeführt, die weitgehend der Schwellenschaltung 13
gleicht. Positive und negative Signale von der Schwellenschaltung 22, die ein Maß
für die Randwerte sind, werden Jeweils einem Paar von Modulatoren zugeführt,
wobei
jedes Paar aus jeeinem Modulator für eine Quelle mit I.R.-Strahlung und U.V.-Strahlung
besteht, d.h. es sind vier Modulatoren 23, 24, 25 und 26 vorgesehen. Fig. 4 zeigt
eine schematische Anordnung zur Anzeige dieser modulierten Strahlung. I.R.- und
U.V.-Strahlungsquellen 27 und 28 (die von den Modulatoren 25 bzw. 26 moduliert werden)
werden mittels einer Zylinderlinse 19 und über eine Spiegeltrommel 20 in der zuvor
beschriebenen Weise auf einen drehbaren Schirm 16 fokussiert. Die I.R.-Quelle 27
ist weiter von der Linse 19 entfernt als die U.V.-Quelle 28, so daß die I.R.-Quelle
eine breite Linie auf dem Schirm bildet, während die U.V.-Quelle eine schmale Linie
entsprechend der Beschreibung in Fig. 2 auf dem Schirm bildet.
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Die Intensitätsverteilung über dem breiten Strahl wird durch ein Filter
27b mit variabler Dichte modifiziert, um eine Intensitätsverteilung über der Ebene
des Schirmes 12 zu erzeugen, die ein Maß für die Konvolutionsverteilung ist, beispielsweise
von der Art, die in der erwähnten älteren Anmeldung beschrieben ist. Betrachtet
man zunächst nur positive Randwerte in Bezug auf den Schwellenpegel, dann wird die
U.V.-Quelle 28 durch den Modulator 26 moduliert, um durch variierende Beträge ein
vorgegebenes gleichmäßiges Nachleuchten auf dem Schirm 16 der Reihe nach in parallelen
Linien in gleicher Weise wie zuvor beschrieben zu vermehren. Der breite Strahl von
der I.R.-Quelle 27 vermindert Jedoch das Nachleuchten für die von der Quelle 28
in jedem Augenblick beschriebene und dazu parallele Linien, um eine Korrektur dieser
Linien entsprechend den Vorschlägen der genannten älteren Anmeldung zu bewirken.
Eine gleiche Gruppe von Quellen, bestehend aus einer U.V.-Quelle 27a und einer I.R.-Quelle
28a sind unterhalb der Quelle 27 und 28 angeordnet und werden durch negative Signale
von der Schwelle 22 moduliert, wodurch sie ein Nachleuchten
bewirken,
das ein Maß für die negativen Randwerte in Bezug auf die Schwelle auf dem Schi-rm
sind. Wenn somit alle Randwerte in einer Gruppe von Rzflwerten als Gruppe von parallelen
Linien zusammen mit ihren Korrekturen angezeigt worden sind, wird eine räumliche
Nachleuchtverteilung auf dem Schirm aufgezeichnet, die ein Maß für die entsprechenden
transformierten Randwerte sind. Nachdem mehrere Gruppe von parallelen Linien auf
dem Schirm 16 aufgezeichnet worden sind, wird ein Plan der von dem verbliebenen
Nachleuchten beschriebenen Absorptionskoeffizienten durch die Kamera 21 in der anhand
Fig. 2 beschriebenen Weise aufgezeichnet.
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Die die Randwerte darstellenden, vom Körper abgeleiteten Signale müssen
nicht mittels der in Fig. 1 dargestellten Abtastvorrichtung gewonnen werden, sondern
sie können auch durch eine andere geeignete Vorrichtung abgeleitet werden.
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Die Anzeigevorrichtung, die anhand der Fig. 2 beschrieben wurde, muß
nicht notwendigerweise transformierte Randwerte anzeigen. Um eine grobe Anzeige
zu erhalten, können die die Randwerte darstellenden, von dem logarithmischen Umsetzer
11 abgeleiteten Signale unmittelbar in einer Schwellenschaltung 13 verarbeitet unddmn
den Modulatoren 14 und 15 zugeführt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Jeder
transformierte Randwert in einer Gruppe solcher Werte als eine von einer Gruppe
paralleler Linien auf einer Kathodenstrahlröhre angezeigt, wobei jede Linie eine
gleicht mäßige Intensität hat, die ein Maß für den transformierten Randwert ist.
Die Richtung der Liniengruppe entspricht wie zuvor der Richtung der parallelen Strahlen,
von denen die transformierten Randwerte abgeleitet wurden. Gruppen
solcher
Linien, die von den Strahlengruppen abgeleitet sind, werden aufeinander folgend
auf einer Röhre mit einer so hohen Geschwindigkeit angezeigt, daß das Auge eines
Beobachters die Folge integriert-und eine Anzeige der i#schenwerte erfolgt Das in
Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemaßen Gerätes stimmt weitgehend
mit dem in Fig. 1 dargestellten Gerät überein, und es sind daher entsprechende Elemente
mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen.
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Wie bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurde, wird Jede Gruppe
von logarithmischen Signalen, die unter einem bestimmten Drehwinkel der Platte 5
für eine Gruppe paralleler Strahlen abgeleitet wird, einem Xonvolutionsrechner 12
zugeführt, und die Gruppen der transformierten oder konvultierten Randwerte werden
zusammen mit entsprechenden Winkelsignalen in#einem Speicher 29 gespeichert.
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Einige der transformierten, im Speicher 29 gespeicherten Randwerte
können negative Werte haben, und bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
es erforderlich, daß alle transformierten Randwerte positive lferte haben, was ach:£olgelld
erläutert wird. Um dies su erreichen, werden die im Speicher 29 gespeicherten transformierten
Randwerte einer Normierungsschaltung 30 zugeführt, die den Bezugspegel der transformierten
Randwerte so verschiebt, daß die negativsten Werte, die in den Gruppen der Werte
auftreten, ein neuer Nullpegel werden. Nach Änderung in dieser Weise werden die
Gruppen der transformierten Randwerte zusammen mit entsprechenden Winkelsignalen
in einem anderen Speicher 31 gespeichert.
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Jede Gruppe der transformierten Randwerte wird aufeinanderfolgend
auf einer Kathodenstrahlröhre 32 dargestellt. Die der ersten Gruppe der transformierten
Randsignale entsprechenden Winkelsignale werden Röhrenabtaststeuerschaltungen 33
zugeführt, und der Elektronenstrahl der Röhre bildet ein Raster von parallelen Abtastbewegungen
über dem Schirm der Röhre in einer Richtung, die der Richtung der parallelen Strahlen
entspricht, von denen die Gruppe der transformierten Randwerte abgeleitet wurde.
Jedes Überstreichen des Rastersefolgt entsprechend einem der parallelen Strahlen
der-Gruppe und die Helligkeit des Strahls hat für dieses Überstreichen einen gleichmäßigen
Wert entsprechend dem Wert des zugehörigen, im Speicher 31 gespeicherten transformierten
Randwert.
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Im Betrieb werden verschiedene Gruppen der transformierten Randwerte
nacheinander unter verschiedenem Winkel bei hoher Geschwindigkeit angezeigt, so
daß die sequentielle und räumliche Summierung der verschiedenen Abtasthelligkeiten
durch das Auge eines Beobachters oder mittels eines photographiscben Films erzielt
wird. Es sei bemerkt, daß diese Summierung eine Summierung der transformierten Randwerte
entsprechend der erwähnten älteren Anmeldung bewirkt, wodurch dem Beobachter eine
scheinbare Matrix der erwähnten Maschenwerte dargeboten wird. Die Normierungsschaltung
30 stellt sicher, daß die Helligkeit der bestimmten transformierten Randwerte entsprechenden
Abtastungen von einen Schwarzpegel zunimmt, um die Notwendigkeit der Anzeige eines
Bezugshelligkeitspegels, von dem die Helligkeiten der Abtastungen subtrahiert werden
müssen, zu vermeiden. Die Normierungsschaltung ao kann auch dazu verwendet werden,
den Kontrastbereich der Anzeigevorrichtung einzustellen.
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Um die hohe Abtastgeschwindigkeit zu vermeiden, die benötigt wird,
um zu erreichen, daß die parallelen Abtastungen den Strahlengruppen (die 500 KHz
überschreiten können) entsprechen, kann die Kathodenstrahlröhre eine Elektronenlinsenanordnung
enthalten, die so angeordnet ist, daß der bleistiftartige Elektronenstrahl der Röhre
auf Fächerform verbreitet wird, um eine Linie anzuzeigen.
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Anstelle der Anzeige der transformierten Randwerte auf einer Kathodenstrahlröhre
können diese auf einer Vorrichtung gemäß Fig. 6 angezeigt werden. Eine lineare Gruppe
von Lampen 34, die im vorliegenden Fall aus lichtemitbierenden Dioden (IED's) bestehen,
werden parallel mit dem Speicher 31 (Fig 5) verbunden, so daß Jede Signale empfängt,
die ein Maß für den Wert eines entsprechenden transformierten Randwertes einer bestimmten
Gruppe solcher Werte sind. Jede Lampe erzeugt einen Lichtausgang als Maß der genannten
transformierten Randwerte, wobei das davon ausgehende Licht einer entsprechenden
parallelen Linie 35 oder 36 durch faseroptische Lichtröhren 37 zugeführt wird. Die
Anordnung ist so getroffen, daß sie entsprechend dem Pfeil in Fig. 2 kontinuierlich
mit einer Winkelgeschwindigkeit rotiert, die ausreicht, um eine Summierung der Lichtausgänge
von den LED1s über einer Umdrehung im Auge eines Betrachters zu erreichen. Die Amplitude
der den IED1s.34 zugeführten Signale wird bei unterschiedlichen Drehwinkeln entsprechend
unterschiedlichen Gruppen von transformierten Randwe rten verändert.
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- Patentansprüche -