(57)【要約】【課題】  受信遅延回路でのエコー信号飽和を防止し安価且つ小規模で最適なダイナミックレンジを確保することができる超音波診断装置を提供すること。【解決手段】  各超音波振動子の受信遅延時間Ｔｄ(i)の分布幅Ｔｒに応じて、超音波振動子毎のエコー信号を遅延回路２２１ａ〜２２１ｈ（又はバッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈ）へ振り分ける。この振り分けは、例えば、Ｔｒ＜Ｔ０となる場合には、ＩＮＴ［ＲＡＮＫ（Ｔｄ(i)）／８］で決まる整数値に応じて８つの受信遅延回路に配分する。一方、Ｔｒ≧Ｔ０となる場合には、ＭＯＤ［ＲＡＮＫ（８×Ｔｄ(i)）／Ｔ０，８］で決まる整数値に応じて８つの受信遅延回路に配分する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに供給される駆動信号に基づいて超音波を被検体に向けて送信し且つ前記被検体から超音波を受信しエコー信号を発生する複数の超音波振動子を有する超音波プローブと、
前記超音波振動子毎の前記エコー信号に所定の遅延時間を与える複数の遅延手段と、
遅延時間が与えられた前記超音波振動子毎の前記エコー信号を加算する加算手段と、
前記超音波振動子毎の前記エコー信号に与えるべき遅延時間の分布幅に応じて、前記超音波振動子毎の前記エコー信号を前記複数の遅延手段のいずれかに振り分ける振り分け処理を実行する制御手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記被検体に送信される超音波の周期をＴ０とし、前記超音波振動子毎の前記エコー信号に与えるべき遅延時間の分布幅をＴｒとして、
Ｔｒ＜Ｔ０である場合には、前記超音波振動子毎のエコー信号に与えるべき遅延時間に基づいて前記振り分け処理を実行し、
Ｔｒ≧Ｔ０である場合には、前記超音波振動子毎のエコー信号に与えるべき遅延時間に起因する量を前記遅延回路の数で割った剰余に基づいて前記振り分け処理を実行すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記制御手段は、ｉ番目の超音波振動子のエコー信号に与えるべき遅延時間をＴｄ（ｉ）として、
Ｔｒ＜Ｔ０である場合には、ＩＮＴ［ＲＡＮＫ（Ｔｄ(i)）／８］で決まる整数値に応じて前記振り分け処理を実行し、
Ｔｒ≧Ｔ０である場合には、ＭＯＤ［ＲＡＮＫ（８×Ｔｄ(i)）／Ｔ０，８］で決まる整数値に応じて前記振り分け処理を実行すること、
を特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記遅延回路の個数は８であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば血流速度情報を取得するためのドプラ法を実施可能な超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は生体内情報の超音波画像を取得し表示する診断装置であり、Ｘ線診断装置やＸ線コンピュータ断層撮影装置などの他の画像診断装置に比べ、安価で被爆が無く、非侵襲性に実時間で観測するための有用な装置として利用されている。係る特性から、超音波診断装置の適用範囲は広く、心臓などの循環器から肝臓、腎臓などの腹部、抹消血管、産婦人科、脳血管などの診断に利用されている。
【０００３】
この様な超音波診断装置を用いた撮影法の一つとして、超音波連続波ドプラ法がある。これは、連続超音波により移動体が生成するドプラ偏移周波数から反射体の移動速度を推定するものである。近年では、超音波振動子が一方向に沿って配列された一次元アレイプローブに加えて、超音波振動子が二方向に沿ってマトリックス状に配列された二次元アレイプローブを用いた超音波連続波ドプラ法も実現されつつある。
【０００４】
なお、本願に関連する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
【特許文献１】特開平０７−１２４１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の超音波診断装置においては、次の様な問題がある。
【０００６】
すなわち、従来の超音波診断装置では、例えば図４に示すように、受信ビームパタンに応じて各超音波振動子のエコー信号を遅延加算回路（及びその前段のバッファアンプ）に振り分けている。従って、例えば焦点が被検体深部にある場合等、受信ビームパタンから決定される受信遅延時間の分布が狭い範囲に集中する場合には、ある特定の限られた数の遅延加算回路及びこれに対応するバッファアンプがエコー信号を処理することになる。その結果、バッファアンプがエコー信号によって飽和してしまい、正常な受信感度を維持できずに飽和歪による大幅な感度劣化を引き起こす可能性がある。一方、エコー信号の飽和を防止するために受信遅延回路の規模を増大させるとすれば、装置の大型化やコスト上昇を招くことになり、現実的ではない。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、受信遅延回路でのエコー信号飽和を防止し安価且つ小規模で最適なダイナミックレンジを確保することができる超音波診断装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【０００９】
本発明の視点は、それぞれに供給される駆動信号に基づいて超音波を被検体に向けて送信し且つ前記被検体から超音波を受信しエコー信号を発生する複数の超音波振動子を有する超音波プローブと、前記超音波振動子毎の前記エコー信号に所定の遅延時間を与える複数の遅延手段と、遅延時間が与えられた前記超音波振動子毎の前記エコー信号を加算する加算手段と、前記超音波振動子毎の前記エコー信号に与えるべき遅延時間の分布幅に応じて、前記超音波振動子毎の前記エコー信号を前記複数の遅延手段のいずれかに振り分ける振り分け処理を実行する制御手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。
【発明の効果】
【００１０】
以上本発明によれば、受信遅延回路でのエコー信号飽和を防止し安価且つ小規模で最適なダイナミックレンジを確保することができる超音波診断装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１０のブロック構成図を示している。
【００１３】
同図に示すように、本超音波診断装置１０は、装置本体１１、超音波プローブ１２、装置本体１１に接続されオペレータからの各種指示・命令・情報を装置本体１１に取り込むための外部入力装置１３、モニター１４とから構成される。入力装置１３には、送信条件の入力、関心領域（ＲＯＩ）の設定などを行うためのトラックボール、スイッチ・ボタン、マウス、キーボードが設けられる。また、装置本体１１には、超音波送信ユニット２０、振り分けユニット２１、超音波受信ユニット２２、Ｂモード処理ユニット２３、ドプラ処理ユニット２４、画像生成部２５、表示制御部２７、制御プロセッサ（ＣＰＵ）２８、インタフェース部２９、記憶部３２が設けられる。
【００１４】
超音波プローブ１２は、圧電セラミック等の音響／電気可逆的変換素子としての複数の超音波振動子を有する。複数の超音波振動子は並列され、プローブ１２の先端に装備される。各超音波振動子は、供給される駆動信号に従ってそれぞれ所定のタイミングで超音波を発生する。各超音波振動子からの超音波はビームを形成し、被検体内の音響インピーダンスの不連続面で反射される。各超音波振動子は、この反射波を受信しエコー信号を発生し、チャンネル毎に超音波受信ユニット２２に取り込まれる。
【００１５】
なお、超音波プローブ１２は、複数の超音波振動子が一方向に沿って配列された一次元アレイプローブ、複数の超音波振動子が二次元マトリックス状に配列された二次元アレイプローブのいずれであってもよい。
【００１６】
超音波送信ユニット２０は、超音波プローブ１２に超音波送信のための駆動信号を供給する装置である。例えば、連続波ドプラ法を行う場合には、超音波送信ユニット２０は、超音波送信のための駆動信号を、連続的に超音波プローブ１２に供給する
振り分けユニット２１は、制御プロセッサ２８からの制御に従って、各超音波振動子からの受信信号（エコー信号）を超音波受信ユニット２２中のいずれかのバッファアンプに振り分ける振り分け処理を行う。
【００１７】
図２は、振り分けユニット２１及び超音波受信ユニット２２の構成を示した図である。同図に示すように、振り分けユニット２１には、後段の超音波受信ユニット２２中の各バッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈに対応するタップ２１ａ〜２１ｈが設けられている。超音波プローブから超音波振動子毎のエコー信号が入ってくると、タップ２１ａ〜２１ｈのいずれかのタップのみが、制御プロセッサ２８からの制御に従ってＯＮ状態とされる。このタップ制御により、各超音波振動子のエコー信号は、いずれかのバッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈ（又は遅延回路２２１ａ〜２２１ｈ）に振り分けられることになる。
【００１８】
なお、制御プロセッサ２８による各超音波振動子のエコー信号の振り分け手法（すなわち、タップ２１ａ〜２１ｈの制御アルゴリズム）については、後で詳しく説明する。
【００１９】
超音波受信ユニット２２は、図２に示すように、バッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈ、遅延回路２２１ａ〜２２１ｈ、加算回路２２２を有している。
【００２０】
バッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈは、それぞれ遅延回路２２１ａ〜２２１ｈに対応して設けられ、入力した超音波振動子毎のエコー信号を増幅する。
【００２１】
遅延回路２２１ａ〜２２１ｈは、エコー信号を整相するために、それぞれ異なる所定の遅延時間（すなわち、０、λ／８、２λ／８、３λ／８、４λ／８、５λ／８、６λ／８、７λ／８のいずれかの遅延時間。λは送信超音波の波長。）を対応するバッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈから入力したエコー信号に与える。
【００２２】
加算回路２２２は、遅延回路２２１ａ〜２２１ｈにおいて遅延時間が与えられ整相された超音波振動子毎のエコー信号を加算する。この加算により受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、超音波受信ビームが形成される。また、この受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的な指向性が決定される（この指向性は、一般に「走査線」と呼ばれる）。加算後のエコー信号は、Ｂモード処理ユニット２３、ドプラ処理ユニット２４に送られる。
【００２３】
Ｂモード処理ユニット２３は、図示しないが、対数変換器、包絡線検波回路、アナログディジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）から構成される。対数変換器は、エコー信号を対数変換する。包絡線検波回路は対数変換器からの出力信号の包絡線を検波する。この検波信号はアナログディジタルコンバータを介してディジタル化され、検波データとして出力される。
【００２４】
ドプラ処理ユニット２４は、周波数解析によりその解析結果や、フィルタを用いて血流成分を抽出し平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求める。
【００２５】
画像生成部２５は、Ｂモード処理ユニット２３から入力した走査線信号列で構成される検波データを用いてフレーム相関処理等を実行した後、空間情報に基づいた直交座標系のデータに変換することでＢモード画像を生成する。また、画像生成部２５は、ドプラ処理ユニット２４から入力した血流情報を用いて、平均速度画像、分散画像、パワー画像、これらの組み合わせ画像を作成する。
【００２６】
表示制御部２７は、画像生成部２５から受け取った超音波画像と所定の情報（例えば文字情報、指定されたＲＯＩ等）とを合成し、モニター１４に送り出す。
【００２７】
制御プロセッサ２８は、ユーザの入力装置１３やネットワークを経由して入力されたモード選択、ＲＯＩ設定、送信開始・終了等の各種指示に基づき、記憶部３２に記憶された送受信条件、装置制御プログラム等を読み出し、これらに従って、当該超音波診断装置を静的又は動的に制御する。また、制御プロセッサ２８は、後述するエコー信号振り分け機能に従う処理（エコー信号振り分け処理）において、超音波振動子毎のエコー信号の遅延回路２２１ａ〜２２１ｈ（又はバッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈ）への振り分けを決定する。この超音波振動子毎のエコー信号の振り分けは、例えば記憶部３２に格納される専用計算プログラムに従って実行される。
【００２８】
インターフェース部３０は、操作パネル、外部記憶装置、ネットワークに関するインターフェースである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、インターフェース部３０よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。
【００２９】
記憶部３２は、制御プロセッサ２７の制御のもと、Ｂモード処理ユニット２３やドプラ処理ユニット２４から受け取った信号データ（生データ）、画像生成部２５から受け取った画像データ（静止画像、動画像）を記録する。また、記憶部３２は、当該装置の制御プログラム、診断プロトコルや送受信条件等の各種データ群、エコー信号振り分け機能を実現するための専用プログラムを記憶する。さらに、記憶部３２は、各超音波振動子のエコー信号に与える遅延時間とその振り分け先とを焦点位置毎に対応付けた振り分け先テーブル、超音波振動子毎のエコー信号の振り分けを実行するための所定の計算式（又は計算プログラム）等を記憶する。
【００３０】
モニター１４は、表示制御部２７からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報や、血流情報を静止画像又は動画像として表示する。
【００３１】
（エコー信号振り分け機能）
次に、本超音波診断装置１が有する、エコー信号振り分け機能について説明する。この機能は、各超音波振動子の受信遅延時間Ｔｄ(i)の分布幅Ｔｒに応じて、超音波振動子毎のエコー信号の遅延回路２２１ａ〜２２１ｈ（又はバッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈ）への振り分けを決定するものである。ここで、ｉは各超音波振動子に割り振られた番号であり、受信遅延時間Ｔｄ(i)の分布幅Ｔｒは、受信に供される各超音波振動子の受信遅延時間Ｔｄ(i)の中の最大値から最小値を引いた値によって定義されるものである。
【００３２】
なお、本実施形態では、説明を具体的にするため、連続波ドプラ法におけるエコー信号振り分け機能について説明する。しかしながら、本エコー信号振り分け機能は、これに拘泥されず、例えば通常のパルス法での超音波送受信において受信遅延時間の分布が狭い範囲に集中する場合等においても、適用することができる。
【００３３】
本実施形態では、連続波ドプラ送受信キャリア周期をＴ０として、Ｔｒ＜Ｔ０となる場合には、各超音波振動子の受信遅延時間Ｔｄ(i)に基づいて遅延回路２２１ａ〜２２１ｈへの振り分けを決定し、一方、Ｔｒ≧Ｔ０となる場合には、各超音波振動子の受信遅延時間Ｔｄ(i)を遅延回路数８で割った剰余に基づいて遅延回路２２１ａ〜２２１ｈへの振り分けを決定する。具体的には、以下のアルゴリズムに従う。
【００３４】
（１）Ｔｒ＜Ｔ０となる場合
ＩＮＴ［ＲＡＮＫ（Ｔｄ(i)）／８］で決まる整数値に応じて８つの受信遅延回路に配分する。ここで、ＲＡＮＫ（  ）は、括弧内の値（今の場合、Ｔｄ(i)）をある基準（例えば、値が大きい順）に従って配列する演算子である。また、ＩＮＴ［ＲＡＮＫ（Ｔｄ(i)）／８］は、ＲＡＮＫ（Ｔｄ(i)）によって配列されたＴｄ(i)／８群をその配列順に従って８個の小群に分類する演算子である。
【００３５】
このアルゴリズムに従えば、例えば超音波振動子を８０素子有する超音波プローブを用いたとき、Ｔｄ(i)の値が上から１番目〜１０番目に対応する各超音波振動子のエコー信号は１番目の小群（すなわち、遅延時間が０の遅延回路）に、Ｔｄ(i)の値が上から１１番目〜２０番目に対応する各超音波振動子のエコー信号は２番目の小群（すなわち、遅延時間がλ／８の遅延回路）に、Ｔｄ(i)の値が上から２１番目〜３０番目に対応する各超音波振動子のエコー信号は３番目の小群（すなわち、遅延時間が２λ／８の遅延回路）に、Ｔｄ(i)の値が上から３１番目〜４０番目に対応する各超音波振動子のエコー信号は４番目の小群（すなわち、遅延時間が３λ／８の遅延回路）に、Ｔｄ(i)の値が上から４１番目〜５０番目に対応する各超音波振動子のエコー信号は５番目の小群（すなわち、遅延時間が４λ／８の遅延回路）に、Ｔｄ(i)の値が上から５１番目〜６０番目に対応する各超音波振動子のエコー信号は６番目の小群（すなわち、遅延時間が５λ／８の遅延回路）、Ｔｄ(i)の値が上から６１番目〜７０番目に対応する各超音波振動子のエコー信号は７番目の小群（すなわち、遅延時間が６λ／８の遅延回路）に、Ｔｄ(i)の値が上から７１番目〜８０番目に対応する各超音波振動子のエコー信号は８番目の小群（すなわち、遅延時間が７λ／８の遅延回路）に、それぞれ割り振られることになる。
【００３６】
（２）Ｔｒ≧Ｔ０となる場合
ＭＯＤ［ＲＡＮＫ（８×Ｔｄ(i)）／Ｔ０，８］で決まる整数値に応じて８つの受信遅延回路に配分する。ここで、ＭＯＤ［Ａ、Ｂ］は、ＡをＢで割り算した場合の剰余を決定する演算子である。
【００３７】
このアルゴリズムに従えば、例えばＲＡＮＫ（８×Ｔｄ(i)）／Ｔ０の値を８で割ったときに、その余りが０となる各超音波振動子のエコー信号は遅延時間が０の遅延回路に、その余りが１となる各超音波振動子のエコー信号は遅延時間がλ／８の遅延回路に、その余りが２となる各超音波振動子のエコー信号は遅延時間が２λ／８の遅延回路に、その余りが３となる各超音波振動子のエコー信号は遅延時間が３λ／８の遅延回路に、その余りが４となる各超音波振動子のエコー信号は遅延時間が４λ／８の遅延回路に、その余りが５となる各超音波振動子のエコー信号は遅延時間が５λ／８の遅延回路に、その余りが６となる各超音波振動子のエコー信号は遅延時間が６λ／８の遅延回路に、その余りが７となる各超音波振動子のエコー信号は遅延時間が７λ／８の遅延回路に、それぞれ割り振られることになる。
【００３８】
なお、上記アルゴリズムは単なる一例であり、その内容に拘泥されない。すなわち、本エコー信号振り分け機能は、連続波ドプラ送受信キャリア周期をＴ０として、Ｔｒ＜Ｔ０となる場合には、各超音波振動子の受信遅延時間Ｔｄ(i)に基づいて遅延回路２２１ａ〜２２１ｈへの振り分けを決定し、一方、Ｔｒ≧Ｔ０となる場合には、各超音波振動子の受信遅延時間Ｔｄ(i)を遅延回路数８で割った剰余に基づいて遅延回路２２１ａ〜２２１ｈへの振り分けを決定するものであれば、どのようなものであってもよい。
【００３９】
（動作）
次に、本超音波診断装置１のエコー信号振り分け処理に従う超音波画像取得動作について説明する。
【００４０】
図３は、本超音波診断装置１の超音波画像取得における処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、入力装置１３から患者情報、送信条件（連続波ドプラキャリア周波数等）が設定される（ステップＳ１）。
【００４１】
次に、制御プロセッサ２８は、既述のアルゴリズムに従って、超音波振動子毎のエコー信号をいずれの遅延回路２２１ａ〜２２１ｈに割り振るかを、各焦点毎に決定する（ステップＳ２）。なお、この振り分け決定は、各焦点毎に各超音波振動子について計算する他、予め各超音波振動子のエコー信号に与える遅延時間とその振り分け先とを焦点位置毎に対応付けた振り分け先テーブルを用いるようにしてもよい。
【００４２】
次に、超音波送受信が実行され超音波プローブ１２の各振動子においてエコー信号が生成されると、制御プロセッサ２８は、超音波振動子毎のエコー信号を決定された振り分けに従って振り分けユニット２１を制御する（ステップＳ３）。割り振られた各エコー信号は、所定の遅延時間が与えられた後加算され、ドプラ処理ユニット２４、画像生成部２５等において所定の処理を受け、画像生成部２５に供給される。画像生成部２５は、供給されたエコー信号に基づいて、超音波画像を生成する。モニター１４は、生成された超音波画像を所定の形態で表示する（ステップＳ４）。
【００４３】
（効果）
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
【００４４】
本超音波診断装置によれば、各超音波振動子の受信遅延時間Ｔｄ(i)の分布幅Ｔｒに応じて、超音波振動子毎のエコー信号を遅延回路２２１ａ〜２２１ｈ（又はバッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈ）へ振り分ける。従って、受信遅延時間の分布が狭い範囲に集中する場合であっても、エコー信号を飽和させずに最適なダイナミックレンジを確保することができ、正常な受信感度を維持することができる。その結果、常に高画質な超音波画像を提供することができ、医療行為の質の向上に寄与することができる。
【００４５】
また、上記超音波振動子毎のエコー信号を遅延回路２２１ａ〜２２１ｈ（又はバッファアンプ２２０ａ〜２２０ｈ）へ振り分けは、超音波受信ユニットのバッファメモリの増設等を必要としない。従って、超音波プローブと装置本体との間のケーブル本数（又はケーブルの太さ）、超音波受信ユニットの規模を変更する必要がない。その結果、超音波診断装置全体の装置規模、コストを大幅に変更することなく、受信遅延時間の分布が狭い範囲に集中する場合のエコー信号飽和を解決することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。
【００４７】
本実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。
【００４８】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上本発明によれば、受信遅延回路でのエコー信号飽和を防止し安価且つ小規模で最適なダイナミックレンジを確保することができる超音波診断装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示したブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る超音波診断装置の振り分けユニット２１及び超音波受信ユニット２２の構成を示した図である。
【図３】図３は、本超音波診断装置１の超音波画像取得における処理の流れを示したフローチャートである。
【図４】図４は、従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…超音波診断装置、１１…装置本体、１２…超音波プローブ、１３…入力装置、１４…モニター、２０…超音波送信ユニット、２１…振り分けユニット、２１ａ〜２１ｈ…タップ、２２…超音波受信ユニット、２３…Ｂモード処理ユニット、２４…ドプラ処理ユニット、２５…画像生成部、２７…表示制御部、２８…制御プロセッサ（ＣＰＵ）、３０…インターフェース部、３２…記憶部、２２０ａ〜２２０ｈ…バッファアンプ、２１１ａ〜２２１ｈ…遅延回路、２２２…加算回路
【図１】
2010081965.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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