(57)【要約】【課題】弾性映像具現装置および方法を提供する。【解決手段】本発明の実施形態に係る弾性映像具現装置は、超音波映像データの最大圧力値と最小圧力値を補間して複数の第１データを生成する補間部と、生成された複数の第１データを用いてピラミッド映像を生成するイメージ生成部と、生成されたピラミッド映像を用いてモーション方向を含むモーションマップを生成するマップ生成部と、生成されたモーションマップに基づいて変位を計算する変位計算部と、計算された変位を用いて弾性映像を具現する映像具現部とを備える。【選択図】図２
2010264243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波映像データの最大圧力値と最小圧力値を補間して複数の第１データを生成する補間部と、
前記生成された複数の第１データを用いてピラミッド映像を生成するイメージ生成部と、
前記生成されたピラミッド映像を用いてモーション方向を含むモーションマップを生成するマップ生成部と、
前記生成されたモーションマップに基づいて変位を計算する変位計算部と、
前記計算された変位を用いて弾性映像を具現する映像具現部と、
を備える弾性映像具現装置。
【請求項２】
前記生成されたモーションマップを用いて前記第１データと異なる第２データからモーション情報を抽出する情報抽出部、
をさらに備え、
前記変位計算部は、
前記抽出されたモーション情報を用いて前記変位を計算する請求項１に記載の弾性映像具現装置。
【請求項３】
前記情報抽出部は、
前記生成されたモーションマップを用いて前記第２データのモーション方向および前記第２データの最大モーション値のうちの少なくとも１つを予測し、前記モーション方向および前記最大モーション値のうちの少なくとも１つに基づいて、前記第２データから前記モーション情報を抽出する請求項２に記載の弾性映像具現装置。
【請求項４】
前記モーション方向は、Ｘ軸のモーション方向と、Ｙ軸のモーション方向と、Ｚ軸のモーション方向とを含み、
前記マップ生成部は、
前記生成されたピラミッド映像を用いて前記第１データの前記Ｘ軸のモーション方向、前記Ｙ軸のモーション方向、および前記Ｚ軸のモーション方向を算出し、前記算出されたモーション方向に基づいて前記モーションマップを生成する請求項１に記載の弾性映像具現装置。
【請求項５】
前記イメージ生成部は、
前記ピラミッド映像をマルチレベルの構造を有するように生成し、その生成において、前記弾性映像具現装置の処理速度および前記第１データの前記モーション方向の解像度のうちの少なくとも１つを考慮して、前記マルチレベルの深さを決定する請求項１に記載の弾性映像具現装置。
【請求項６】
前記複数の第１データは、
少なくとも３個の連続したフレームを含む請求項１に記載の弾性映像具現装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちのいずれか一項の装置を含む超音波映像診断システム。
【請求項８】
超音波映像データの最大圧力値と最小圧力値を補間して複数の第１データを生成するステップと、
前記生成された複数の第１データを用いてピラミッド映像を生成するステップと、
前記生成されたピラミッド映像を用いてモーション方向を含むモーションマップを生成するステップと、
前記生成されたモーションマップに基づいて変位を計算するステップと、
前記計算された変位を用いて弾性映像を具現するステップと、
を含む弾性映像具現方法。
【請求項９】
前記生成されたモーションマップを用いて前記第１データと異なる第２データからモーション情報を抽出するステップを更に含み、
前記変位を計算するステップは、前記抽出されたモーション情報を用いて前記変位を計算する請求項８に記載の弾性映像具現方法。
【請求項１０】
前記モーション情報を抽出するステップは、
前記生成されたモーションマップを用いて前記第２データのモーション方向および前記第２データの最大モーション値のうちの少なくとも１つを予測するステップと、
前記モーション方向および前記最大モーション値のうちの少なくとも１つを考慮して、前記第２データから前記モーション情報を抽出するステップと、
を含む請求項９に記載の弾性映像具現方法。
【請求項１１】
前記モーション方向は、Ｘ軸のモーション方向と、Ｙ軸のモーション方向と、Ｚ軸のモーション方向とを含み、
前記モーションマップを生成するステップは、
前記生成されたピラミッド映像を用いて前記第１データの前記Ｘ軸のモーション方向、前記Ｙ軸のモーション方向、および前記Ｚ軸のモーション方向を算出するステップと、
前記算出されたモーション方向に基づいて前記モーションマップを生成するステップと、
を含む請求項８に記載の弾性映像具現方法。
【請求項１２】
前記ピラミッド映像を生成するステップは、
前記ピラミッド映像をマルチレベルの構造を有するように生成するステップと、
前記弾性映像具現装置の処理速度および前記第１データの前記モーション方向の解像度のうちの少なくとも１つを考慮して前記マルチレベルの深さを決定するステップと、
を含む請求項８に記載の弾性映像具現方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のうちのいずれか一項の方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、弾性映像具現装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、超音波を用いた医用映像の殆どは、Ｂ−モード映像である。これは、媒質の音響インピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を映像化するものであるが、生体組織の中である種の癌や腫瘍などは正常組織との境界が不明確で、Ｂ−モード映像だけで、病変（ｌｅｓｉｏｎ）を診断することが困難な場合がある。これを解決するため、超音波の減衰係数、非線形パラメータ（Ｂ／Ａ）、音速度分布、弾性係数映像などを用いて組織の特性を抽出または映像化する技法が研究されてきたが、超音波と人体の間の複雑な相互作用によって良い結果を得ることが困難であった。しかし、これらの方法の中で弾性係数を用いた映像法については、正常組織との特性差が比較的大きく、その値を測定することができる。このため、最近は弾性映像法(elastography)に関し多くの研究が進められている。
【０００３】
弾性映像法は、組織の弾性係数値を映像で示すものであって、組織の弾性が病理学的現象と関連があることを利用する。実際に癌や腫瘍組織の場合、一般の軟部組織に比べて硬い特性を有する。組織に外部から同じ力を加えたとき、癌や腫瘍組織の場合は弾性が大きいため変形する程度は小さいが、軟らかい組織は変形程度が腫瘍組織に比べて大きい。このような特性を利用して映像化したものが弾性映像法である。この方法は既存のＢ−モード映像法では分からない組織の硬さの情報を提供してくれるため、癌診断に画期的に寄与することができ、高い期待を受けている研究分野である。
【０００４】
弾性映像法は、乳癌と前立腺癌の検出および分類、腎臓移植モニタリング、皮膚の組織検査、強力焦点式超音波（ＨＩＦＵ：Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）を用いた癌治療モニタリング、などの分野に適用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、超音波映像の３次元的な動きを基にしてその変位を計算する装置と方法を提供する。これにより弾性映像の品質を高めることができる。
【０００６】
更に、本発明の実施形態では、複数の連続データを用いて映像の３次元的な動きを求めることにより、計算量を最小化して処理速度を速めることができる弾性映像具現装置および方法を提供する。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、上述した技術的課題に制限されるものではなく、ここに言及されていない他の技術的課題についても、当業者であれば下記の記載から明確に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一つの弾性映像具現装置は、最大圧力値と最小圧力値を補間して複数の第１データを生成する補間部と、前記生成された複数の第１データを用いてピラミッド映像を生成するイメージ生成部と、前記生成されたピラミッド映像を用いてモーションマップ（動きの地図）を生成するマップ生成部と、前記生成されたモーションマップに基づいて変位を計算する変位計算部と、前記計算された変位を用いて弾性映像を具現する映像具現部とを備える。
【０００９】
また本発明に係る一つの弾性映像具現方法は、最大圧力値と最小圧力値を補間して複数の第１データを生成するステップと、前記生成された複数の第１データを用いてピラミッド映像を生成するステップと、前記生成されたピラミッド映像を用いてモーションマップを生成するステップと、前記生成されたモーションマップに基づいて変位を計算するステップと、前記計算された変位を用いて弾性映像を具現するステップとからなる。
【００１０】
その他の実施形態の具体的な事項の一部は、以下に記載する詳細な説明および添付の図面で開示される。
【００１１】
本発明の利点および特徴、またはこれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述する実施形態を参照することによって明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる多様な形態によって具現されることができる。単に本実施形態は、本発明の開示を完全なものとし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。本発明は、特許請求の範囲によってのみ定義される。明細書全般に渡り、同一参照符号は同一構成要素を示す。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、映像の３次元的な動きに基づいて変位を計算しているため、弾性映像の品質が高くなる。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、複数の連続データを用いて映像の３次元的な動きを求めることができ、かつ、計算量を最小化して処理速度を速めることができる。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、各種の計算は全空間（entire space）に渡って行われ、1次元方向の値は、３次元空間の値から相関処理により抽出される。これにより、２次元弾性映像を具現するときにも、動きの歪を減らして映像品質を高められるだけでなく、３次元弾性映像をリアルタイムで効率的に具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】３次元プローブでデータを得る時点と補間のためのデータ構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る弾性映像具現装置を説明するために示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態によって生成されるピラミッド映像の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態によって生成されるモーションマップの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態によってモーション情報を抽出する空間の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態によって相関技法を用いて変位を計算する一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る弾性映像具現方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００１７】
図１は、３次元プローブ（３Ｄ  ｐｒｏｂｅ）でデータを得る時点と補間（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）のためのデータ構成を示す。
【００１８】
３次元データは、フリーハンド（ｆｒｅｅｈａｎｄ）方式と同じように、３次元機械式プローブ（３Ｄ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｒｏｂｅ）または多次元電子式配列プローブ（ｍｕｌｔｉ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ａｒｒａｙ  ｐｒｏｂｅ）を上下に動かして得ることができる。しかしながら、３次元機械式プローブでは、それを左右に振りながらデータを得るため、図１に示すようにデータを得る時点が異なる。
【００１９】
図１において、ジグザグ模様の線は、３次元機械式プローブでデータを得る時点を示している。そして、このような３次元機械式プローブは、その構造に起因して、データを得る時点に遅れが生じる。これを補正するために、補間を行ってより短い時間間隔のデータを得るようにする。これは、後で３次元データを基にして１次元のデータを得るときに、エイリアシング（ａｌｉａｓｉｎｇ）が起こるのを防ぐ。
【００２０】
また、図１において、縦線は、複数のデータを取得する位置を示しており、これに基づいて補間が行われる。この場合、データを得るときの前提条件は、図１のように、左→右または右→左への単一の動き(single motion)は最小の圧縮となり、その次は最大となる。このようにして左→右→左または右→左→右の往復動作で最小圧縮と最大圧縮が行われる。
【００２１】
このような技法は、機械式走査３次元プローブ（mechanical-swept 3D probe）が左右に動くのと同様なやり方で、プローブを垂直方向に往復運動させることもできる。また、プローブが固定されている状態で、圧力ゲージを用いて圧力だけ加えることもできる。
【００２２】
圧力ゲージは、プローブの外部または超音波映像診断システムの内部に搭載することが可能で、圧力の程度を調節することができる。また、圧力ゲージは、圧力の程度を予め定めた複数のレベルのうちの１つに設定することができる。このような調節機能により、センサがなくても圧力の程度を知ることができ、これによって超音波映像データの弾性を定量化することができる。
【００２３】
また、このような技法は、フリーハンド方式でも用いることができるが、このときには圧力が一定しないため、超音波映像データの弾性値を定量化することはできない。従って、フリーハンド方式では、往復走査ごとに圧力を加えたり減らしたりを繰り返し行って超音波映像データを得るので、弾性値は各単一周期で得た値を補間した相対的な正規（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）値で表現されることになる。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態に係る弾性映像具現装置を説明するブロック図である。ここで、弾性映像具現装置は、超音波映像診断システムに搭載されて使用される。
【００２５】
図２を参照して、弾性映像具現装置２００は、イメージ生成部２１０、マップ生成部２２０、情報抽出部２３０、変位計算部２４０、映像具現部２５０、および制御部２６０、を備えている。
【００２６】
イメージ生成部２１０は、複数の第１データを用いてピラミッド映像（ｐｙｒａｍｉｄ  ｉｍａｇｅ）を生成する。ここで、第１データは、少なくとも３つの連続したフレーム（ｓｅｑｕｅｎｃｉａｌ  ｆｒａｍｅ）からなるＩＱ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ  ａｎｄ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ）データまたはＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）データである。
【００２７】
連続したフレーム数が多いほど、マップ生成部２２０によって生成されるモーションマップ（ｍｏｔｉｏｎ  ｍａｐ、３次元モーション方向マップ）の精度は高くなる。したがって、イメージ生成部２１０は、弾性映像具現装置２００の処理速度とモーションマップの精度の関係を勘案して、連続したフレームの数を決定する。
【００２８】
言い替えれば、イメージ生成部２１０は、マルチレベル（ｍｕｌｔｉ  ｌｅｖｅｌ）の構造を有するピラミッド映像を生成し、弾性映像具現装置２００の処理速度と第１データの動き方向に対する解像度のうちの少なくとも１つを考慮して、マルチレベルの深さ（ｄｅｐｔｈ）を決定する。
【００２９】
例えば、図３に示すようにマルチレベルの深さを３とすれば、イメージ生成部２１０は、３個の連続フレーム（ハイレベル、ミドルレベル、およびローレベルのフレーム）を用いてピラミッド映像を生成する。参考までに、図３は、本発明の実施形態によって生成されるピラミッド映像の一例である。
【００３０】
このとき、イメージ生成部２１０は、適切な個数の第１データを用いてピラミッド映像を生成し、マップ生成部２２０がモーションマップを生成するときの計算量を減少させる条件を整える。
【００３１】
マップ生成部２２０は、前記生成されたピラミッド映像を用いてモーションマップを生成する。ここで、モーションマップは、３次元的な動きを見出すためのマップであって、第１データ内の基準情報（エッジ）に基づくモーション情報である。すなわち、モーションマップには、動きの程度（モーション値）、動きの方向（モーション方向）、動きの速度（モーション速度）などの情報が含まれている。
【００３２】
例えば、モーションマップは、図４のｉ）に示すようにモーションの方向を含んでおり、図４のｉｉ）は図４のｉ）を拡大して示したものである。図４のモーションマップは、２次元（２Ｄ）のモーションマップに対する具現例であって、３次元のモーションマップは、２次元のモーションマップを時間（ｔｅｍｐｏｒａｌ）軸に拡張して具現することができる。参考までに、図４は、本発明の実施形態によって生成されるモーションマップの一例を示す図である。
【００３３】
具体的に、マップ生成部２２０は、生成されたピラミッド映像を用いて第１データのＸ（水平）軸のモーション方向、Ｙ（垂直）軸のモーション方向、およびＺ（時間）軸のモーション方向を算出し、算出されたモーション方向に基づいてモーションマップを生成する。
【００３４】
例えば、生成されたピラミッド映像が「映像Ａ」、「映像Ｂ」、および「映像Ｃ」を含んでいると仮定する。このような場合、マップ生成部２２０は、「映像Ａ」、「映像Ｂ」、および「映像Ｃ」それぞれに対し、ブロックマッチング（ｂｌｏｃｋ  ｍａｔｃｈｉｎｇ）方式や相関方式を用いて水平軸、垂直軸、および時間軸のそれぞれのモーション方向を算出する。そして、マップ生成部２２０は、その算出されたそれぞれのモーション方向を用いてモーションマップを生成する。
【００３５】
このように、マップ生成部２２０は、モーション方向などの情報を含んでモーションマップを生成する。したがって、マップ生成部２２０は、モーションマップを生成するために計算量を最小化する。
【００３６】
情報抽出部２３０は、生成されたモーションマップを用いて第２データからモーション情報を抽出する。ここで、第２データは、第１データ以降に入力されるフレームデータ（ｔｅｍｐｏｒａｌ  ＩＱ  ｉｎｐｕｔ  ｃｉｎｅ  ｄａｔａ）である。例えば、第２データは、図５に示すように具現することができる。参考までに、図５は、本発明の実施形態によってモーション情報を抽出する空間の一例を示す図である。
【００３７】
具体的に、情報抽出部２３０は、生成されたモーションマップを用いて、第２データのモーション方向または第２データの最大モーション値（最大動き程度）のうちの少なくとも１つを予測する。そして、情報抽出部２３０は、第２データのモーション方向または第２データの最大モーション値のうちの少なくとも１つに基づいて、第２データからモーション情報を抽出する。
【００３８】
変位計算部２４０は、抽出されたモーション情報を用いて変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を計算する。ここで、変位は、３次元変位を含んでいる。変位計算部２４０は、抽出されたモーション情報に相互相関／自己相関（ｃｒｏｓｓ／ａｕｔｏ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）などの技法を適用して変位を計算する。
【００３９】
例えば、図６に示すように、圧縮前の信号は媒質（人体）の表面を圧縮する前の超音波信号、すなわち基準信号であり、圧縮後の信号は媒質の表面を押して圧縮した後の超音波信号である。変位計算部２４０は、相関技法を用いて圧縮前後の超音波信号間の相関度を測定し、測定された相関度に基づいて圧縮前後の信号間の移動を計算して、媒質の変位を計算する。ここで、圧縮は、上述したように、プローブの外部または超音波映像診断システムの内部に搭載された圧力ゲージによって実行することができる。参考までに、図６は、本発明の実施形態によって相関技法を用いて変位を計算する一例を示す図である。
【００４０】
映像具現部２５０は、計算された変位を用いて弾性映像を具現する。すなわち、映像具現部２５０は、計算された変位程度によって映像に該当する色相をマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）して弾性映像を具現する。このとき、映像具現部２５０は、ポストプロセッシング（ｐｏｓｔ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を用いて弾性映像を処理して、弾性映像の品質を高めている。
【００４１】
制御部２６０は、弾性映像具現装置２００、すなわち、イメージ生成部２１０、マップ生成部２２０、情報抽出部２３０、変位計算部２４０、映像具現部２５０などの動作を全般的に制御する。
【００４２】
図には示されていないが、本発明の実施形態に係る弾性映像具現装置２００は、更に補間部を備えている。補間部は、超音波映像データの最大圧力値と最小圧力値を補間して複数の第１データを生成する。これにより、イメージ生成部２１０は、生成された複数の第１データを用いてピラミッド映像を生成する。
【００４３】
図７は、本発明の実施形態に係る弾性映像具現方法を説明するフローチャートである。ここで、弾性映像具現方法は、図２の弾性映像具現装置によって実行することができる。
【００４４】
図７を参照して、まず、弾性映像具現装置は、超音波映像データの最大圧力値と最小圧力値を補間して複数の第１データを生成する。
【００４５】
次に、ステップＳ７１０において、弾性映像具現装置は、生成された複数の第１データを用いてピラミッド映像（イメージ）を生成する。
【００４６】
このとき、弾性映像具現装置は、ピラミッド映像をマルチレベルの構造を有するように生成するが、弾性映像具現装置の処理速度および第１データのモーション方向の解像度のうちの少なくとも１つを考慮して、マルチレベルの深さを決定する。
【００４７】
次に、ステップＳ７２０において、弾性映像具現装置は、生成されたピラミッド映像を用いてモーションマップを生成する。
【００４８】
すなわち、弾性映像具現装置は、生成されたピラミッド映像を用いて第１データのＸ（水平）軸のモーション方向、Ｙ（垂直）軸のモーション方向、およびＺ（時間）軸のモーション方向を算出し、算出されたモーション方向に基づいてモーションマップを生成する。
【００４９】
次に、ステップＳ７３０において、弾性映像具現装置は、生成されたモーションマップを用いて第２データからモーション情報を抽出する。
【００５０】
すなわち、弾性映像具現装置は、生成されたモーションマップを用いて、第２データのモーション方向および第２データの最大モーション値（最大動き程度）のうちの少なくとも１つを予測する。続いて、弾性映像具現装置は、第２データのモーション方向および第２データの最大モーション値のうちの少なくとも１つを考慮して、第２データからモーション情報を抽出する。
【００５１】
次に、ステップＳ７４０において、弾性映像具現装置は、抽出されたモーション情報を用いて変位を計算する。このとき、弾性映像具現装置は、抽出されたモーション情報に相互/自動相関技法などを適用して変位を計算する。
【００５２】
次に、ステップＳ７５０において、弾性映像具現装置は、計算された変位を用いて弾性映像を具現する。すなわち、弾性映像具現装置は、計算された変位程度に応じて、映像に該当する色相をマッピングして弾性映像を具現する。
【００５３】
なお、本発明を実施する形態の各ステップは、その多様な動作を実行するため、それらの動作プログラム命令を含めてコンピュータで読取可能な記録媒体に蓄えられる。また、その記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて保有する。記録媒体およびプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよいし、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知で使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、オプティカルディスクのような磁気−光媒体、およびＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置などがある。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードなどがある。
【００５４】
上述したように、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更することが可能であることは容易に理解することができるであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められるべきで、発明を実施するための形態例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５５】
２００：弾性映像具現装置
２１０：イメージ生成部
２２０：マップ生成部
２３０：情報抽出部
２４０：変位計算部
２５０：映像具現部
２６０：制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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