DE2710995C2 - Laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop - Google Patents

Laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop

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Description

— daß zur Laserstrahl-Einkopplung ein 45°-Reflektor (16) zwischen den beiden optischen Achsen des binokularen Mikroskops so angeordnet ist, daß der Mikroskop-Sichtbereich nicht behindert ist,
— daß auf der zwischen den optischen Achsen des binokularen Mikroskops verlaufenden Symmetrieachse ein Parabolspiegel (18) angebracht ist,
— daß die optische Achse des Parabolspiegels die Symmetrieachse unter einem Winkel schneidet und in einer Ebene liegt, welche rechtwinklig zu der von den beiden optischen Achsen des binokularen Mikroskops aufgespannten Ebene verläuft,
— daß der Parabolspiegel als Objektiv-Linse für das binokulare Mikroskop wirkt und den Laserstrahl (10) fokussiert,
— daß auf der optischen Achse des Parabolspiegels der Planspiegel (20) angebracht ist und
— daß die Einrichtung zum Verschwenken des Planspiegels ein Servomechanismus (30,32,34), ist.
2. Laseroptisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus einen Hebelmechanismus zum Steuern des Servomechanismus enthält.
3. Laseroptisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus Brückenschaltungen (36, 38) zum Steuern der Stellung des Planspiegels (20) enthält, wobei eine mechanische Schwenkung (A, A') eines Hebels (34) in einer Ebene über ein gekoppeltes Potentiometer (52) den einen Brückenkreis (38) verstimmt, dessen Ausgangssignal dem einen Servomotor (30) zugeführt wird und diesen antreibt, der dabei den Planspiegel (20) in einer Ebene dreht und gleichzeitig ein Potentiometer (46) antreibt, das auf den Brückenkreis (38) zurückwirkt und diesen wieder abgleicht, und eine mechanische Schwenkung (B, B') des Hebels (34) in der dazu rechtwinkligen Ebene in gleicher Weise über ein zweites Potentiometer (50) und einen zweiten Brückenkreis (36) den zweiten Servomotor (32) dreht und den Planspiegel (20) in einer zu der ersten Ebene senkrechten Ebene verstellt, woraufhin der zweite Brückenkreis (36) über ein weiteres mit dem Servomotor (32) verbundenes Potentiometer (48) wieder abgeglichen wird.
4. Laseroptisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus ein L-förmiges Winkelstück (44) für drehbare Halterung des Planspiegels (20) sowie einen ersten Motor (32). der auf dem vertikalen Schenkel des L-förmigen Winkelstückes (44) angebracht ist, zur Drehung des Planspiegels (20) um eine horizontale Achse und einen zweiten Motor (30) umfaßt, der das horizontale Teil des L-förmigen Winkelstückes (44) zur Drehung desselben um eine vertikale Achse drehbar halten.
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Laseroptischen Gerät für Operationen unter einem Mikroskop, das ein binokulares Mikroskop, einen als Planspiegel ausgebildeten Reflektor, mit dem der Laserstrahl auf das zu behandelnde Gebiet gerichtet werden kann und eine Einrichtung, durch die der Spiegel um zwei zueinander rechtwinklig stehende Achsen verschwenkbar ist, besitzt.
Ein Laserschneidgerät für medizinische Anwendung konzentriert Laserstrahlen hoher Leistung, z. B. Strahlen von einem CO2-Laser auf ein kleines Gebiet, und durch die dann erzeugten hohen Temperaturen kann eine Zusammensetzung, die aus Proteinen oder dergleichen besteht, verdampft oder verfestigt werden, um die Operation zu bewirken. Da solch ein Laserschneidgerät für medizinische Zwecke die verschiedenen nachstehend angegebenen Vorteile besitzt, wird es jetzt in wachsendem Maße für chirurgische Behandlungen eingesetzt.
Die Vorteile sind:
(1) Es sind blutstillende Wirkungen vorhanden.
(2) Es kann Mikrochirurgie durchgeführt werden.
(3) Einflüsse auf andere Teile als auf den zu beeinflussenden Arbeitsbereich sind minimal.
(4) Es kann kontaktlose Chirurgie durchgeführt werden.
Im Hinblick auf weitere Vorteile, wie beispielsweise, daß der Durchmesser des konzentrierten Laserstrahles sehr klein ist und daß die Laserstrahlen durch das optische System in tiefe Teile in kontaktloscm Zustand eingeführt werden können, bestand eine Nachfrage nach Laseroperationsgeräten für Mikrochirurgie, die sicher und leicht in der Handhabung sind, auf den Gebieten der Kopfnervenchirurgie, Otorhino-laryngologie und Geburtshilfe, bei denen liefgelegene Teile des Körpers operiert werden müssen.
Um diese Erfordernisse zu erfüllen, sind in letzter Zeit einige Vorrichtungen entwickelt worden. Es ist beispielsweise bekannt, Laserstrahlen, die durch eine für infrarote Strahlen durchlässige Linse konzentriert worden sind, in den zu behandelnden Teil durch einen Planspiegel einzuführen, der vor einer Objektivlinse des Mikroskops befestigt ist, und den Zielpunkt des Lascr-Strahles durch Bewegen des gesamten Mikroskops nach oben und nach unten, rechts und links und vor und zurück einzujustieren. Die Bewegung des gesamten Mikroskops ist jedoch schwerfällig oder erfordert äußerst aufwendige Konstruktionen.
Eine in bezug auf die Handhabbarkeit verbesserte Vorrichtung ist in der korrespondierenden DK-OS 23 09 203 mit der Bezeichnung »Stereo-Laser-Endoskop« angegeben worden. Hierbei werden Laserstrahlen, die durch eine für infrarote Strahlen durchlässige Linse konzentriert worden sind, zu dem zu behandelnden Gebiet über einen als Planspiegel ausgebildeten Reflektor geführt, der vor einer Objektivlinse des Mikroskops angeordnet ist und bewegt werden kann, um den Zielpunkt des Laserstrahles durch Verändern tier Stellung des Reflektors innerhalb des Sichtbereichs des Mikroskops einzujustieren.Öffnungen indem Reflektor gestatten den Durchtritt der Lichtstrahlen für die Beobachtung durch das Mikroskop. Der als Planspiegel aus-
gebildete Reflektor kann direkt mit einem Hebel um zwei zueinander rechtwinklig stehende Achsen verschwenkl werden.
Jedoch werden bei den oben beschriebenen Vorrichtungen die Laserstrahlen üblicherweise durch die Linsen konzentriert (fokussiert), und es entsteht daher unvermeidbar der Nachteil, daß der konzentrierte, Fleck außerhalb des Brennpunktes liegt, was von einem geringen Transmissionsverlust der Laserstrahlen und sphärischer Aberration herrührt. Das erste Verfahren, bei dem das gesamte Mikroskop bewegt wird, wirft Probleme auf wie z. B, daß es schwierig ist, eine feine, leichte oder schwache Bewegung durchzuführen, wenn die Operation von Hand durchgeführt wird, und daß eine große Apparatur verwendet werden muß, wenn eine Operation mit hoher Leistung durchgeführt werden muß. Abgesehen von der Tatsache, daß bei der zweitgenannten Vorrichtung der Mechanismus kompliziert ist, durch den der Winkel des vor der Objektivlinse angeordneten Reflektors verändert wird, ohne daß der Bereich des Sichtfeldes durch ein Okular beeinträchtigt wird, ist es unmöglich, die Neigungsbewegung und die horizontale Drehung des Reflektors in völlig voneinander unabhängiger Weise durchzuführen, wenn der Reflektor erschüttert oder geschüttelt wird. Das bedeutet, daß der Zielpunkt eines Laserfleckes nicht glatt auf die Zielstellung durch Betätigung eines einzigen Hebels (eines Bedienungshebels) eingestellt werden kann. Beispielsweise entsteht hierbei das Problem, daß, wenn der Hebel seitlich bewegt wird, der Laserfleck sich nicht nur seitlich sondern auch in vertikaler Richtung bewegt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop zu schaffen, bei dem der konzentrierte Laserfleck während der Einstellung am Arbeitsbereich nicht aus dem Brennpunkt kommt und das eine gute Hantierbarkeit oder Manövrierfähigkeit besitzt, wobei außerdem der Verlust an Laserleistung minimalisiert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein laseroptisches Gerät gelöst, wie es im Anspruch 1 angegeben ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des laseroptischen Gerätes gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Das laseroptische Gerät für Operationen unter einem Mikroskop gemäß der Erfindung enthält somit einen 45°-Reflektor zur Laserstrahl-Einkopplung, der zwischen den zwei optischen Achsen des Mikroskops so angeordnet ist, daß er den Sichtbereich vor dem binokularen Mikroskop nicht behindert, einen Parabolspiegel mit einer gegen eine Achse versetzten Oberfläche zum Fokussieren von eingeleiteten Laserstrahlen, der gleichzeitig als eine Objektivlinse des Mikroskops dient, einen ebenen Reflektor oder Planspiegel, der durch Motoren angetrieben wird, um die fokussieren Laserstrahlen und die optischen Achsen des Mikroskops auszurichten, sowie einen Manövrier- oder Bewegungsmechanismus, bei dem ein Hebel zur Betätigung der Motoren vorgesehen ist.
Bei dem laseroptischen Gerät für Operationen unter einem Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung werden die eingeführten Laserstrahlen durch den Parabolspiegel mit einer gegen eine Achse versetzten Oberfläche konzentriert. Aus diesem Grunde wird der Verlust an Laserleistung minimalisiert, der konzentrierte Laserstrahl bleibt im Brennpunkt, und die optischen Achsen des Mikroskops können mittels des Planspiegels in Richtung auf den Zielfleck oder den Arbeitsbereich ausgerichtet werden, wobei der Planspiegel von den Motoren durch die Betätigung des Bedienungshebels angetrieben wird. Das laseroptische Gerät für Operationen unter einem Mikroskop besitzt somit hervorragende Manövrierfähigkeit, d. h. es kann leicht und einfach bewegt werden.
Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines laseroptischen Gerätes für Operationen unter einem Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung;
F i g. 2 eine Seitenansicht des in F i g. 1 gezeigten Gerätes im Schnitt;
F i g. 3 eine Draufsicht auf das in F i g. 1 gezeigte Gerät im Schnitt und
F i g. 4 eine Schaltungsanordnung, die eine Ausführungsform einer Servosteuerung für die Bewegung des Planspiegels zeigt, der in dem in F i g. 1 gezeigten Gerät verwendet wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform eines laseroptischen Gerätes für Operationen unter einem Mikroskop gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; F i g. 2 ist eine Seitenansicht derselben im Schnitt und F i g. 3 ist eine Draufsicht derselben ebenfalls im Schnitt. Laserstrahlen 10, die von einem (nicht dargestellten) Lasergenerator erzeugt werden, treten durch ein Laserstrahl-Eintrittsteil 12 in ein Gehäuse 14 ein und werden von einem 45'-Reflektor 16 reflektiert und dann durch einen Parabolspiegel 18 mit einer von einer Achse versetzten Oberfläche konzentriert, und die Strahlen werden dann durch einen Planspiegel 20 nach außen reflektiert, so daß sie auf den zu beeinflussenden Teil P' des Arbeitsbereiches fallen. Sichtbare Lichtstrahlen 22 von dem zu beeinflussenden Teil P' werden durch den Planspiegel 20 reflektiert und durch den Parabolspiegel 18 in parallele Lichtstrahlen umgewandelt, und die Lichtstrahlen verlaufen neben den gegenüberliegenden Seiten des 45°-Reflektors 16 und treten in ein die Vergrößerung veränderndes optisches System 24 ein. In einem Prismensystem 26 wird ein umgekehrtes Bild in ein aufgerichtetes Bild umgewandelt, und der zu beeinflussende Teil wird durch ein Okular 28 beobachtet. Das die Vergrößerung verändernde optische System 24 dient zur Veränderung der Vergrößerung des Mikroskops, während der Arbeitsabstand konstant gehalten wird.
Der Parabolspiegel 18 mit einer von einer Achse versetzten Oberfläche ist ein Spiegel, dessen reflektierende Oberfläche eine Teiloberfläche ist, die gegen die Hauptachse (Y-Achse) der parabolischen Oberfläche verschoben ist, wobei die parabolische Oberfläche gebildet wird, wenn eine Parabel bei Annahme eines Ursprungspunktes Omit einem Brennpunkt bei Pm der X-Y-Ebene in F i g. 2 um die K-Achse rotieren gelassen wird.
Solch ein Parabolspiegel ist bereits für ein astronomisches Fernrohr oder dergleichen verwendet worden und ist leicht erhältlich. Der Parabolspiegel 18 reflektiert Lichtstrahlen, die parallel zu der Hauptachse einfallen, und konzentriert sie im Brennpunkt ohne Aberration. Da die Reflektionsgesetze unabhängig von der Wellenlänge des Lichtes gelten, entsteht weder bezüglich der CO2-Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von 10,6 μίτι noch für die sichtbaren Lichtstrahlen für die Beobachtung Aberration.
Eine Kondensorlinse, die in einem optischen System verwendet wird, das eine exakte Übereinstimmung der Brennpunktlage des optischen Beobachtungssystems mit der Brennpunktlage der CO2- Laserstrahlen wie in der vorliegenden Apparatur erfordert, muß eine genaue Brennweite haben, wie es im Bauplan angegeben ist. Da jedoch herkömmliche Apparaturen zum Messen der Brennweite mittels sichtbaren Lichtes nicht für Infrarote Strahlen mit 10,6 μπι verwendet werden können, ist es unmöglich, die Brennweite im Stadium des Polierverfahrensschrittes zu verifizieren und zu korrigieren. Es war daher früher stets notwendig, mehrere verschiedene Linsen herzustellen, um eine auszuwählen, die den Angaben für den Verbraucher am nächsten kam, oder mim ki>iii|>li/i<Tli-ii I'likiissli-uiniiiKSinrclKiiii.Miiiis für \', die l.inscniciiibcwcgung in die Apparatur umzubauen. Deshalb liefert die Verwendung eines Paralbolspiegels mit einer von der Achse verschobenen Oberfläche ein laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop, das sicher und einfach im Aufbau ist.
Strahlen von einem CO2-Laser, die von außen einfallen, bewegen sich parallel zu der Hauptachse mit Hilfe des 45°-Reflektors, der in der Mitte eines (binokularen) optischen Fernglassystems angeordnet und an einer Stelle befestigt ist, an der er nicht die sichtbaren Lichtstrahlen für Beobachtung ausschaltet oder ablenkt, wie es bereits beschrieben wurde. Die Laserstrahlen werden durch den Parabolspiegel 18 reflektiert und konzentriert und durch den Planspiegel 20 reflektiert und dann am Punkt P' konzentriert, der sich in Oberflächensymmetrie mit dem ursprünglichen Brennpunkt P befindet. Als Folge davon wird sich, sogar auch wenn der Planspiegel 20 erschüttert wird, nur der Punkt P' bewegen, wohingegen der Brennpunkt P seine Lage nicht ändern wird. Daher fallen die Lichtstrahlen von dem sich bewegenden Punkt P' immer auf den Parabolspiegel 18, als wenn sie von dem festen Punkt P ausgehen. Wenn der Parabolspiegel 18 bewegt wird, um den Konzentrationspunkt P' der CO2-Laser-Strahlen zu bewegen bzw. zu verlagern, wird die Bedingung, bei der die CO2-Laser-Strahlen parallel zu der Hauptachse darauf auftreffen gelassen werden, nicht mehr erfüllt und eine Aberration im Brennpunkt des Laserstrahles und des beobachteten Bildes erfolgt In dem laseroptischen Gerät für Operationen unter einem Mikroskop gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Aufbau so, daß der Parabolspiegel 18 mit einer gegen eine Achse verschobenen Oberfläche fest ist, jedoch der Planspiegel 20 beweglich ist, wodurch die oben angegebenen Nachteile ausgeschaltet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Planspiegel 20 auf einer drehbaren Welle eines Servomotors 32 angebracht, der auf einem vertikalen Teil eines L-förmigen Winkelstückes 44 befestigt ist, das ein horizontales Teil besitzt, das an einer drehbaren Welle eines Servomotors 30 befestigt ist Ein Schalthebel 34, mit dem Signale für die Servomotoren gesteuert werden, kann betätigt werden, um den ebenen Reflektor oder Planspiegel 20 mittels des Servomotors 30 um die senkrechte Achse und mittels des Servomotors 32 um die horizontale Achse zu drehen.
Fig.4 ist ein Schaltbild, das eine Ausführungsform einer Servosteuerung zeigt, die bei dem laseroptischen Gerät für Operationen unter einem Mikroskop verwendet wird, um die Lagesteuerung des Planspiegels durchzuführen. In einem Hebelmechanismus 60 sind Leitplatten 62 und 64, die aus Metallplatten hergestellt sind, von denen jede mit einem durchgehenden länglichen rechteckigen Loch oder öffnung versehen ist und wobei die Metallplatten in eine halbkreisförmige Konfiguration gebogen sind, in rechten Winkeln zueinander gekreuzt und ein Ende der Leitplatten ist drehbar an einem Gehäuse 66 befestigt, während das andere Ende jeweils auf der Welle eines Potentiometers 50 bzw. 52 angebracht ist. Ein Hebel 34 ist in ein Loch am Schnittpunkt zwischen den Leitplatten 62 und 64 eingefügt und sein unteres Ende ist in einem Kugelgelenk, Kreuzgelenk oder Kardangelenk befestigt, so daß sein oberes Ende frei mit der Hand bewegt werden kann.
Wenn sich der Hebel 34 in der Mittelstellung befindet, werden in Brückenkreisen 36 und 38 Widerstandswerte von Widerständen Ri bis R 8 so eingestellt, daß Spannungen /.wischen .7 und b und zwischen c und A jeweils NuI! (0) sind. Das heißt, daß die Gleichungen Rt χ R2 = R3 χ R4 und R5 χ R6 = R7 χ R8 gelten. Wenn der Hebel 34 aus der Mittelstellung in Richtung A verschoben wird, nimmt der Widerstand R 3 in dem Potentiometer 52 ab und bringt die Brücke 38 aus dem Gleichgewicht, um ein negatives Potential am Punkt e zu bilden. Dieses negative Potential wird einem Verstärker 40 zugeführt, in dem es verstärkt wird, und dann dem Servomotor 30 zugeführt. Wenn eine negative Spannung an den Servomotor 30 gelegt wird, dreht sich der Servomotor 30 rechts herum und seine Drehung wird in der Umdrehungszahl durch einen vorhandenen Getriebemechanismus herabgesetzt, um das L-förmige Winkelstück 44 etwas zu drehen. Als Folge davon wird der Planspiegel 20 leicht in Verbindung mit dem auf dem L-förmigen Winkelstück 44 gehalterten Servomotor gedreht. Ein mit der Drehwelle des Servomotors 30 verbundenes Potentiometer 46 erhöht allmählich den Widerstand R 4, wenn der Motor läuft, und wenn die Gleichung R 1 χ Rl = R3 χ Λ4 wieder erfüllt wird, nimmt die Spannung, zwischen e und f den Wert 0 an, um den Servomotor 30 anzuhalten.
Im Gegensatz dazu steigt der Widerstand /?3 an, wenn der Hebel 34 in die Richtung A' verschoben wird, um eine positive Spannung am Punkt ezu erzeugen, und als Folge davon läuft der Servomotor 30 links herum. Dann nimmt der Widerstand R 4 des Potentiometers 46 ab, um die Brückenschaltung 38 ins Gleichgewicht zu bringen, und zu dieser Zeit hält der Servomotor 30 an.
Wenn der Hebe! 34 von der Mittelstellung in der Richtung 5 oder 5'(das ist die in F i g. 4 nicht dargestellte Gegenrichtung zu B) verschoben wird, ändert der Widerstand R 7 des Potentiometers 50 seinen Wert und der Servomotor 30 bewirkt, daß der Planspiegel 20 leicht um die Achse ζ nach rechts oder links gedreht wird. Wenn der Hebel 34 in eine andere Richtung als die Richtung A-A' und B-B' verschoben wird, laufen die Potentiometer 50 und 52 gleichzeitig und der Planspiegel 20 erhält eine kombinierte Bewgung durch zwei leichte Drehungen um die Achsen χ und z. Da die Schwenkbewegung eines einzigen Hebels 34 und die Schwenkbewegung des Planspiegels 20 in dem Verhältnis von 1 :1 stehen, kann die Bedienungsperson auf diese Weise leicht das Gerät bedienen.
Hiermit ist es nicht nur möglich, das Gerät fernzusteuern sondern auch eine lineare Korrespondenz, wie im vorstehenden beschrieben, zwischen dem Schaltwinkel des Hebels und dem Bewegungswinkel des Planspiegels einzurichten. Es soll ferner bemerkt werden, d;iß die Empfindlichkeit des Verstärkers durch einen Schalter umgeschaltet werden kann wodurch, auch wenn der Hebel stark verschoben wird, der Planspiegel nur um einen kleinen Betrag bewegt wird, um eine genaue, präzise
Operation durchzuführen. Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist, da zwei Motoren durch einen einzigen Hebel (einen Arbeitshebel) angetrieben bzw. gesteuert werden, eine Operation nicht nur einfach durchführbar, sondern es ist auch möglich, ferngesteuerte Operationen durch Dehnen eines Fadens durchzuführen. Aus diesem Grunde kann beispielsweise ein Assistent, wenn der operierende Arzt die Operationsinstrumente oder dergleichen in seinen Händen hält, nach mündlicher Anweisung des Arztes den Zielpunkt eines Laserfleckes auf die Targetstellung einjustieren, während er an einer Stelle steht, die von dem operierenden Arzt entfernt ist, und ein Fernsehgerät beobachtet, wobei er sich an einem Ort befindet, an dem keine Desinfektion erforderlich ist. Darüber hinaus werden bei der vorliegenden ts erfindiingsgemäßen Vorrichtung zum Bewegen des Planspiegels gleichzeitig Lichtstrahlen für die Beobachtung und Arbeits-/Laserstrahlen reflektiert und dementsprechend bewegen sich der Sichtbereich und der Lascrfleck gleichzeitig, sodaß zwischen ihnen keine Ver-Schiebung eintritt. Es soll bemerkt werden, daß eine Glasplatte, auf der ein Kreis mit der gleichen Größe wie die des Laserflecks um einen Punkt von gekreuzten Linien aufgezeichnet ist, in das Okularsystem eingefügt werden kann, um dadurch klar die Stellung und die Größe des Laserflecks anzuzeigen, wodurch die Notwendigkeit ausgeschaltet wird, ein Leitlicht vorzusehen, wie es bisher erforderlich ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
35
40
50
55
60
65

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop, das ein binokulares Mikroskop, einen als Planspiegel ausgebildeten Reflektor, mit dem der Laserstrahl auf das zu behandelnde Gebiet gerichtet werden kann, und eine Einrichtung, durch die der Spiegel um zwei zueinander rechtwinklig stehende Achsen verschwenkbar ist, besitzt, d a durch gekennzeichnet,
DE2710995A 1976-03-15 1977-03-14 Laseroptisches Gerät für Operationen unter einem Mikroskop Expired DE2710995C2 (de)

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JP (1) JPS52111295A (de)
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