JP2005058651A - X線ctシステムならびに画像処理装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 被検体のサイズに依存することなく、より高画質の断層像を提供すること。
【解決手段】 例えば投影角度0°のときのプロファイルの最大値dTおよびプロファイル面積Sより幅情報dwを求める(ステップS6)。プロファイル面積Sが大きい場合、または、dT−dwが0に近い範囲内にあるときは、再構成関数の高周波成分を抑制するように調整を行い(ステップS9)、調整後の再構成関数を用いてバックプロジェクションを実行する。
【選択図】 図2
【解決手段】 例えば投影角度0°のときのプロファイルの最大値dTおよびプロファイル面積Sより幅情報dwを求める(ステップS6)。プロファイル面積Sが大きい場合、または、dT−dwが0に近い範囲内にあるときは、再構成関数の高周波成分を抑制するように調整を行い(ステップS9)、調整後の再構成関数を用いてバックプロジェクションを実行する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、被検体にX線を複数方向から投影して得られる投影データに基づき、高品質な被検体断層像を提供するためのX線CTシステム等における画像処理技術に関する。
X線CT(Computerized Tomography)システムは、被検体に複数方向からX線を投影するスキャンを行い、被検体を透過した各方向からのX線より得られる投影データに基づいて画像再構成処理を行うことによって、診断部位の断層像を提供する。
断層像の画質を改善するために、これまでにさまざまな画像処理技術が提案され、実際に導入されている。例えば、再構成処理の前処理として、あるいは再構成処理の後処理として、断層像に現れるアーチファクトを除去するための補正などが行われる。
しかしながら、上記したような補正処理では画質の改善に限界がある。特に、体格の大きい太った被検体などによるS/Nの低下した場合に対しては、画像再構成処理後の空間フィルタ処理では画質の改善に限界があり、不自然な画像になってしまう。
そこで、この発明は、被検体の断面積に依存することなく、より高画質の断層像を提供することを目的とする。
本発明の第1の側面は、被検体に複数方向からX線を照射することで収集された投影データを入力し、その投影データと所定の再構成関数とに基づいて被検体の断層像を生成する画像処理装置に関する。この画像処理装置は、被検体の断面積に対応する情報を取得する取得手段と、取得した前記被検体の断面積に対応する情報に基づいて、前記再構成関数を調整する調整手段と、調整後の再構成関数を用いて被検体の断層像を再構成する再構成手段とを有することを特徴とする。
前記取得手段は、少なくとも1つの投影角度における各X線パスのX線減衰量を示すプロファイルに基づいて前記被検体の断面積に対応する情報を取得することが好ましい。例えば実施形態によれば、被検体の断面積に対応する情報は、少なくとも1つの投影角度のプロファイルにおける最大値と、そのプロファイルがなす面積とに基づいて取得される。この場合、前記調整手段は、前記プロファイルがなす面積とそのプロファイルの最大値との関数で、前記再構成関数の高周波成分を抑制するように調整を行う。
本発明の第2の側面は、被検体に複数方向からX線を照射することで収集された投影データを入力し、所定の再構成関数を用いて被検体の断層像を生成する画像処理方法に関し、被検体の断面積に対応する情報を取得する取得ステップ、取得した前記被検体の断面積に対応する情報に基づいて、前記再構成関数を調整する調整ステップ、調整後の再構成関数を用いて被検体の断層像を再構成する再構成ステップを有することを特徴とする。
本発明の第3の側面は、被検体に複数方向からX線を照射することで投影データを収集し、収集した投影データと所定の再構成関数とに基づいて被検体の断層像を生成するX線CTシステムに関する。このX線CTシステムは、被検体の断面積に対応する情報を取得する取得手段と、取得した前記被検体の断面積に対応する情報に基づいて、前記再構成関数を調整する調整手段と、調整後の再構成関数を用いて被検体の断層像を再構成する再構成手段とを有することを特徴とする。
本発明の第4の側面は、コンピュータによって実行されるプログラムに係り、当該コンピュータに、被検体に複数方向からX線を照射することで収集された投影データを入力する入力ステップ、被検体の断面積に対応する情報を取得する取得ステップ、取得した前記被検体の断面積に対応する情報に基づいて、所定の再構成関数を調整する調整ステップ、入力した投影データと調整後の再構成関数とに基づいて被検体の断層像を再構成する再構成ステップ、を実行させることを特徴とする。
本発明によれば、被検体のサイズに依存することなく、より高画質の断層像を提供することができる。
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
図1は、実施形態に係るX線CTシステムの構成を示す図である。
図示の如く、本システムは、被検体へのX線照射と被検体(患者)を透過したX線を検出するガントリ100と、ガントリ100に対して各種動作設定を行うとともに、ガントリ100から出力されてきたデータに基づいて断層像を再構成し出力(表示)する操作コンソール200を含む構成である。
ガントリ100は、その全体の制御をつかさどるメインコントローラ1をはじめ以下の構成を備える。
2aおよび2bは操作コンソール200との通信を行うためのインタフェース、3はテーブル11上に横たえた被検体を図面に垂直な方向(一般に患者の体軸の方向に一致する方向であり、以下、z軸方向という。)に搬送するための空洞部を有する回転部であり、その内部には、X線発生源であるX線管4、そのX線管4の駆動を制御するX線管コントローラ5、X線の照射範囲を制限するための開口を有するコリメータ6、コリメータ6のz軸方向の開口幅を調整するための開口制御モータ7、その開口制御モータ7の駆動を制御する開口制御モータドライバ8が設けられている。
また、回転部3には、コリメータ6および空洞部を経由してきたX線管4からのX線を検出するための複数(例えば1,000個)の検出チャネルを有するX線検出部14、および、X線検出部14の各検出チャネルの出力に基づき投影データとして収集するデータ収集部15も備える。X線管4およびコリメータ6とX線検出部14とは、互いに空洞部を挟んで、すなわち、被検体を挟んで、対向する位置に設けられる。回転部3は、その位置関係を維持した状態で空洞部の周りを回転するように構成されている。この回転は、回転モータドライバ10からの駆動信号により駆動される回転モータ9によって行われる。また、被検体を載置するテーブル11は、z軸方向への搬送がなされるが、その駆動は、テーブルモータドライバ13からの駆動信号により駆動されるテーブルモータ12によって行われる。
メインコントローラ1は、インタフェース2aを介して受信した各種コマンドの解析を行い、それに基づいて上記のX線管コントローラ5、開口制御モータドライバ8、回転モータドライバ10、テーブルモータドライバ13、およびデータ収集部15に対し、各種制御信号を出力することになる。
また、データ収集部15で収集されたデータは、インタフェース2bを介して操作コンソール200に送出される。
一方、操作コンソール200は、いわゆるワークステーションであり、図示するように、装置全体の制御を司るCPU51、ブートプログラム等を記憶しているROM52、主記憶装置として機能するRAM53をはじめ、以下の構成を備える。
HDD54は、ハードディスク装置であって、ここにOSのほか、ガントリ100に各種指示を与えたり、ガントリ100より受信したデータに基づいて断層像を再構成し、表示するための画像処理プログラムが格納されている。また、VRAM55は表示しようとするイメージデータを展開するメモリであり、ここにイメージデータ等を展開することでCRT56に表示させることができる。57および58はそれぞれ、各種設定を行うためのキーボードおよびマウスである。また、59および60はガントリ100と通信を行うためのインタフェースであり、それぞれガントリ100のインタフェース2aおよび2bに接続される。
実施形態におけるX線CTシステムの構成は概ね上記のとおりである。かかる構成のX線CTシステムにおいて、投影データの収集は例えば次のように行われる。
まず、被検体を回転部3の空洞部に位置させた状態でz軸方向の位置を固定し、X線管4からのX線ビームを被検体に照射し(X線の投影)、その透過X線をX線検出部14で検出する。そして、この透過X線の検出を、X線管4とX線検出部14を被検体の周囲を回転させながら(すなわち、投影角度(ビュー角度)を変化させながら)複数N(例えば、N=1,000)のビュー方向で、360度分行う。
検出された各透過X線は、データ収集部15でディジタル値に変換されて投影データとしてインタフェース2bを介して操作コンソール200に転送される。これら一連の工程を1つの単位として1スキャンとよぶ。そして、順次z軸方向にスキャン位置を所定量移動して、次のスキャンを行っていく。このようなスキャン方式はコンベンショナルスキャン方式(またはアキシャルスキャン方式)とよばれる。もっとも、投影角度の変化に同期してテーブル11を所定速度で移動させることでスキャン位置を移動させながら(X線管4とX線検出部14とが被検体の周囲をらせん状に周回することになる)投影データを収集する、いわゆるヘリカルスキャン方式であってもよい。
操作コンソール200は、ガントリ100から転送されてくる投影データをHDD54に格納するとともに、例えば、所定の再構成関数とたたみ込み演算を行い、バックプロジェクション処理により断層像を再構成する。ここで、操作コンソール200は、スキャン処理中にガントリ100から順次転送されてくる投影データからリアルタイムに断層像を再構成し、常に最新の断層像をCRT56に表示させることが可能である。さらに、HDD54に格納されている投影データを呼び出して改めて画像再構成を行わせることも可能である。
以下、本実施形態における操作コンソール200の処理内容を図2のフローチャートを参照しながら、詳しく説明する。
図2は、実施形態における操作コンソール200の処理を示すフローチャートである。このフローチャートに対応するプログラムは、HDD54にインストールされている画像処理プログラムに含まれ、RAM53にロードされてCPU51によって実行されるものである。
ステップS1およびS2は、スキャン計画段階にあたる処理で、ステップS1では、まず被検体(患者)の撮影部位を選択する。具体的には、例えば、「頭部」、「胸部」、「腹部」、...等の候補部位から選択する。また、部位の選択前に、「小児」か「成人」かを選択させるようにしてもよい。ここで選択された部位によって、スキャン範囲、X線管4に印加する電圧、電流値等の撮影プロトコル(スキャン条件)のデフォルト値が決定されることになる。
次に、ステップS2では、スキャン設定として、上記の部位選択によって決定されたデフォルトの撮影プロトコル(スキャン条件)を確認し、必要に応じて手動変更を加えていく。このステップは、スキャン範囲やスライス幅等をビジュアルに決めるための被検体の透視像を得るために、スカウトスキャンとよばれる撮影処理を含んでもよい。
スカウトスキャンとは、ガントリ100におけるX線管4を所定角度に固定したまま、すなわち、X線の投影角度を固定したまま、被検体を載せたテーブル11をz軸方向に搬送して行われるスキャンをいう。より詳しくは、テーブル11の移動中、X線管4を駆動し、X線検出部14より1次元の透過X線強度を順に得て、それを連続して得ることで被検体の2次元X線像を透視像として得る。
なお、実施形態におけるX線CTシステムは、好ましくは、X線量を決定するX線管4に与える電流(管電流)の値を被検体のスキャン位置に応じて自動制御する機能(Auto mA機能とよばれる。)を有する。このAuto mA機能を用いると、X線減衰量が異なる被検体の部位に応じた適切なX線量を設定することができ、無駄な被曝を抑えつつ、良好なS/Nを有する断層像を得ることができる。
Auto mA機能は、体幅/体厚情報に基づいて各スキャン位置における管電流値を算定するのが一般的である。そのためAuto mA機能を用いる場合には、図3に示すように、X線管4を被検体の真上にあたる投影角度0°に位置させてのスカウトスキャン、または、X線管4を被検体の真横にあたる投影角度90°に位置させてのスカウトスキャン、の少なくともいずれかを行い、図4に示すように、2種類のうちのどちらかの透視像(以下、「スカウト像」という。)を得ることになる。図4の(a)、(b)はそれぞれ、投影角度0°のスカウトスキャンによって得られたスカウト像、投影角度90°のスカウトスキャンによって得られたスカウト像の例を示している。入力されたスカウト像は例えばRAM53に格納される。
このようなスカウトスキャンを終えると、操作コンソール200のCRT56に表示されるスキャン計画画面にスカウト像が表示され、スキャン範囲やスライス位置を示す線もそれに重畳して表示される。オペレータはこのスカウト像を見ながらスキャン計画を進めることができる。
以上のスキャン計画を経て、ステップS3で、オペレータからのキーボード57またはマウス58の入力に応じて、設定されたコンベンショナルスキャンまたはヘリカルスキャンの撮影プロトコル(スキャン条件)を含むスキャン指示をガントリ100に送出する。ガントリ100はこれに応じて、撮影プロトコル(スキャン条件)に従いスキャンを開始する。
そして、ガントリ100より転送されてくる各スライス位置の投影データを入力し(ステップS4)、その投影データに対し、対数変換、線質硬化(Beam Hardning)補正、X線検出器の感度補正等の、所定の前処理を行う(ステップS5)。
従来の手法によれば、この前処理された投影データとあらかじめ用意された再構成関数とに基づいて画像再構成が行われることになる。その後、再構成処理後のデータに対して、例えば断層像に現れるアーチファクトを除去するための補正処理などが適用される。
しかしながら、上記したような補正処理では画質の改善に限界があり、特に、体格の大きい太った被検体などによるS/Nの低下した場合に対しては、画像再構成処理後の空間フィルタ処理では画質の改善に限界があり、不自然な画像になってしまう。
そこで、本件発明者は、太った被検体については、断面積の大きさに依存して使用する再構成関数の特性を調整することで画質の改善を図ることを提案する。そのためには、まず、被検体の断面積に対応する情報を取得して、その情報に基づいて被検体の「太っている」程度を求め、その度合で再構成関数の高周波領域を劣化させる。では、それをどのようにして行うのかを、図5を用いて説明する。
図5は、投影角度0°において被検体にX線を照射したときに収集される投影データを示す図である。
同図において、X線管4から強度I0のX線が、投影角度0°として真上方向から被検体に照射される(同図(a))。AはX線が照射される被検体(テーブル11に横たわっている)の断層面を示している。X線検出器14の各検出チャネル(ch)では、X線パスに係る吸収係数の通路積分量だけ減衰した強度IのX線が投影データとして検出される(同図(b))。これが上記したステップS4で操作コンソール200に入力される。操作コンソール200では、これをX線減衰量を表すかたちに変形するため、次式で示すような対数変換を行う(上記したステップS5における前処理として行われる。)。
p=−log(I/I0)
この所定の投影角度における各X線パスのX線減衰量を「プロファイル」という。このプロファイルが同図(c)に示される。このX線減衰量を示すプロファイルがなす形状は、おおよそ被検体の断面形状に対応して形成される。したがって、このプロファイルの最大値は概ね体厚dTに対応し、各検出チャネルのプロファイル値の合計、(すなわち、プロファイルがなす面積S)は概ねその被検体の断面の大きさに対応する。
体幅情報dwは、
dw=S/dw、または、
dw=(S/dw)・(π/4)
により得られる。
dw=S/dw、または、
dw=(S/dw)・(π/4)
により得られる。
体厚と体幅との比が1に近くなるほどその断面形状は円に近くなるが、断面形状が円に近く、なおかつプロファイルがなす面積(以下、「プロファイル面積」という。)が大きければ、その被検体は「太っている」度合が大きい。
図2のステップS6は、被検体が「太っている」度合を判断する処理ステップである。具体的には、被検体の断面積に対応する情報を取得する。実施形態では、投影角度0°のときのプロファイルの最大値dTおよびプロファイル面積Sのときの幅情報dwを
dw=dT/S、または、
dw=(dT/S)・(π/4)
により求める。
dw=dT/S、または、
dw=(dT/S)・(π/4)
により求める。
なお、投影角度0°のときのプロファイルは、ステップS4で入力した投影データから抽出してもよいし、スカウトスキャンが行われていれば、ステップS2におけるスカウトスキャンで得られらた透視像データを用いてもよい。
ステップS9では、所定の再構成関数(再構成カーネル、フィルタ関数等ともよばれる)を調整する。実施形態では、図6(a)で示されるような空間周波数空間での基本関数K1(ω)、同図(b),(c)で示されるような修正関数K2(ω)、K3(ω)を組み合わせて再構成関数を実現する。(a),(b),(c)の各関数は例えばHDD54に記憶されている。
同図(a)における基本関数K1(ω)は、次式で表される。
(b)の修正関数K2(ω)は、高周波成分を抑制するための修正関数であり、具体的には次式で表される。
また、(C)の修正関数K3(ω)は、(b)とは逆に高周波成分を強調するための修正関数であり、具体的には次式で表される。
そして、再構成関数K(ω)は、次式で表される。
K(ω)=scale・K1(ω)・K2(ω)・K3(ω)
ただし、scaleは所定のスケーリング係数である。
ただし、scaleは所定のスケーリング係数である。
このように、再構成関数をその基本関数と、周波数特性を修正するための修正関数とに分けて記憶すれば、再構成関数の高周波成分の抑制または強調を、修正関数に対する簡単なパラメータの修正で実現することができる。
さて、以下、このステップS9における再構成関数の調整方法について具体例を説明する。ここでは被検体が「太っている」度合に応じて、高周波成分を抑制するように調整を行う。そうすることで断層像のS/Nを劣化させないようにする。
あらかじめ設定されたプロファイル面積の閾値Sthを定めておく。撮影プロトコル(スキャン条件)により定められた部位の再構成関数のωr, ωdについて、以下の調整を行う。
(1)Sth≧Sの場合、
ωr=ωr、ωd=ωd で変化させない。
(2)Sth<Sの場合、
ωr=K・ωr、ωd=K・ωd
ここで、K=exp(-k(S/Sth)n)・exp(-l(|dw-dT|/√S)m)である。
ただし、k, l, m, nは定数である。
ωr=ωr、ωd=ωd で変化させない。
(2)Sth<Sの場合、
ωr=K・ωr、ωd=K・ωd
ここで、K=exp(-k(S/Sth)n)・exp(-l(|dw-dT|/√S)m)である。
ただし、k, l, m, nは定数である。
次のステップS8では、投影データと上記のように調整された再構成関数との重畳積分を行う。そして、ステップS9で、バックプロジェクションを行うことで断層像が再構成され、ステップS10でその断層像がCRT56に表示される。
このように、実施形態によれば、被検体の断面積に対応する情報が取得される。より具体的には、いずれか1つの投影角度(例えば0°)におけるプロファイルの最大値dTと、少なくともいずれかのプロファイルの面積Sとに基づいて、被検体の断面積に対応する情報S、dT、dwが取得される。そして、これらの情報に基づいて再構成関数の周波数特性が調整される。このように再構成関数を調整することによって、被検体が「太っている」場合でも従来の補正処理に比して断層像の画質が改善される。
なお、上述した実施形態では、再構成関数の周波数特性を調整するようにしたが、あらかじめ周波数特性の異なる再構成関数を複数種類用意しておき、被検体の断面積に応じた再構成関数を選択して使用するような構成としてもよいであろう。
また、上述の実施形態と異なる再構成関数の高周波領域低減方法で、プロファイル面積Sの大きな場合(太った被検体の場合)に周波数特性調整を行ってもよい。
また、以上説明した実施形態によれば、本発明はX線CTシステムにおける操作コンソール200の制御処理によって実現されたが、この操作コンソール200とは独立してスクリーニング検査等のための画像観察用端末(Dr's console)を上記システムに接続し、上述した処理をこの端末に行わせることももちろん可能である。操作コンソール200および上記画像観察用端末の構成自体は汎用の画像処理装置(ワークステーションやパーソナルコンピュータ等)で実現できるものであるので、上述のとおり、ソフトウェアを同装置にインストールし、それでもって実現することが可能である。
したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するための、コンピュータにインストールされるプログラム自体および、そのプログラムを格納した記録媒体そのものも本発明を実現するものである。つまり、本発明の特許請求の範囲には、本発明の機能処理を実現するためのプログラム自体および、そのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も含まれる。
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、光ディスク(CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD等)、光磁気ディスク、磁気テープ、メモリカード等がある。
その他、プログラムの供給方法としては、インターネットを介して本発明のプログラムをファイル転送によって取得する態様も含まれる。
Claims (11)
- 被検体に複数方向からX線を照射することで収集された投影データを入力し、その投影データと所定の再構成関数とに基づいて被検体の断層像を生成する画像処理装置であって、
被検体の断面積に対応する情報を取得する取得手段と、
取得した前記被検体の断面積に対応する情報に基づいて、前記再構成関数を調整する調整手段と、
調整後の再構成関数を用いて被検体の断層像を再構成する再構成手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記取得手段は、少なくとも1つの投影角度における各X線パスのX線減衰量を示すプロファイルに基づいて前記被検体の断面積に対応する情報を取得することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記取得手段は、少なくとも1つのプロファイルにおける最大値と、プロファイルがなす面積とに基づいて、前記被検体の断面積に対応する情報を取得することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記調整手段は、前記プロファイルがなす面積とそのプロファイルの最大値との関数で、前記再構成関数の高周波成分を抑制するように調整を行うことを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 被検体に複数方向からX線を照射することで収集された投影データを入力し、所定の再構成関数を用いて被検体の断層像を生成する画像処理方法であって、
被検体の断面積に対応する情報を取得する取得ステップと、
取得した前記被検体の断面積に対応する情報に基づいて、前記再構成関数を調整する調整ステップと、
調整後の再構成関数を用いて被検体の断層像を再構成する再構成ステップと、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 前記取得ステップは、少なくとも1つの投影角度における各X線パスのX線減衰量を示すプロファイルに基づいて前記被検体の断面積に対応する情報を取得することを特徴とする請求項5に記載の画像処理方法。
- 前記取得ステップは、少なくとも1つの投影角度の各プロファイルにおける最大値と、プロファイルがなす面積とに基づいて、前記被検体の断面積に対応する情報を取得することを特徴とする請求項6に記載の画像処理方法。
- 前記調整ステップは、前記プロファイルがなす面積とそのプロファイルの最大値との関数で、前記再構成関数の高周波成分を抑制するように調整を行うことを特徴とする請求項7に記載の画像処理方法。
- 被検体に複数方向からX線を照射することで投影データを収集し、収集した投影データと所定の再構成関数とに基づいて被検体の断層像を生成するX線CTシステムであって、
被検体の断面積に対応する情報を取得する取得手段と、
取得した前記被検体の断面積に対応する情報に基づいて、前記再構成関数を調整する調整手段と、
調整後の再構成関数を用いて被検体の断層像を再構成する再構成手段と、
を有することを特徴とするX線CTシステム。 - コンピュータに、
被検体に複数方向からX線を照射することで収集された投影データを入力する入力ステップ、
被検体の断面積に対応する情報を取得する取得ステップ、
取得した前記被検体の断面積に対応する情報に基づいて、所定の再構成関数を調整する調整ステップ、
入力した投影データと調整後の再構成関数とに基づいて被検体の断層像を再構成する再構成ステップ、
を実行させるためのプログラム。 - 請求項10に記載のプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
Priority Applications (1)
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JP2003296291A JP2005058651A (ja) | 2003-08-20 | 2003-08-20 | X線ctシステムならびに画像処理装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003296291A JP2005058651A (ja) | 2003-08-20 | 2003-08-20 | X線ctシステムならびに画像処理装置および方法 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2003296291A Withdrawn JP2005058651A (ja) | 2003-08-20 | 2003-08-20 | X線ctシステムならびに画像処理装置および方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-08-20 JP JP2003296291A patent/JP2005058651A/ja not_active Withdrawn
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A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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