(57)【要約】【課題】人の心拍の測定に基づき、人の運動による心拍数の増大を排除して、人の緊張度を推定する装置を提供する。【解決手段】所定期間内における心拍間隔の標準偏差ＳＤと相隣る心拍間隔の差の２乗の平均値の平方根ＲＭＳＳＤの比ＳＤ／ＲＭＳＳＤを人がくつろぎ状態にあるとき求めておき、人の心拍の測定に基づいて人の緊張度を推定するに当たっては、所定期間内の心拍についてＳＤ／ＲＭＳＳＤの値を算出し、算出されたＳＤ／ＲＭＳＳＤの値が前記のくつろぎ状態時に求められたＳＤ／ＲＭＳＳＤの値より所定の限度を越えて増大しているときのみ、心拍数に基づく緊張度の推定を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の心拍を測定する手段と、心拍の測定結果より所定期間内における心拍数を求める手段と、前記所定期間内における心拍間隔の標準偏差ＳＤを求める手段と、前記所定期間内における相隣る心拍間隔の差の２乗の平均値の平方根ＲＭＳＳＤを求める手段とを有し、人がくつろぎ状態にあるときのＳＤとＲＭＳＳＤの比ＳＤ／ＲＭＳＳＤを求めておき、人の心拍の測定に基づいて人の緊張度を推定するに当たっては、所定期間内の心拍についてＳＤ／ＲＭＳＳＤの値を算出し、算出されたＳＤ／ＲＭＳＳＤの値が前記のくつろぎ状態時に求められたＳＤ／ＲＭＳＳＤの値より所定の限度を越えて増大しているときのみ、心拍数に基づく緊張度の推定を行うようになっていることを特徴とする緊張度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、日常の在宅中、勤務中、車両の運転中等に、人に自身の緊張状態の自覚を促したり、また特に運転支援装置を備えた車両を人が運転する場合等には、運転支援装置の作動の適正化を図る等の目的で、人の緊張度を推定する装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
人の緊張状態を示す最も一般的な指標は心拍数であるが、心拍間隔のゆらぎから人の生体情報を取得することも、下記の特許文献１に記載されている。また下記の特許文献２には、被験者より複数の心拍間隔のデータを取得し、その最小値から第一の所定値まで分布するデータより第一の変動係数を算出し、該第一の所定値から第二の所定値まで分布するデータより第二の変動係数を算出し、これら第一と第二の変動係数の比較に基づいて被験者の状態を評価することが記載されている。また被験者に一時的なストレスを与え、複数の異なる時間で採取された心拍間隔のデータに基づいてストレスに伴う被験者の反応の変化を観測することが、下記の特許文献３に記載されている。また下記の特許文献４には、心拍間隔に基づいて心拍変動エントロピーを算出し、心拍変動エントロピーの経時的挙動を示すエントロピー挙動パターンに基づいて運転者の心的負荷を評価する運転者監視装置が記載されている。
【０００３】
心拍間隔は、心拍の生波形よりバターワースフィルター等を用いて体動や呼吸による基線変動を除去し、或る閾値を越えた後下回る波形をＲ波として添付の図１に示す如く検出したとき、その隣り合うＲ波の間の間隔であり、ＲＲＩ（R-R Interval）と称されている。かかる心拍間隔については、分単位程度の所定期間内におけるｎ個のＲ波（Ｒ1〜Ｒn）について間隔の標準偏差を表すＳＤ（またはＳＤＮＮ）（Standard Deviation）なる数値と、互に隣り合ったＲ波間隔（ＲＲＩk，ＲＲＩk+1）の間の差の２乗の平均値の平方根を表すＲＭＳＳＤ（Root Mean Square Successive Difference）なる数値が、心拍の挙動を示すパラメータとして採り上げられている。下記の非特許文献１には、ＳＤＮＮ／ＲＭＳＳＤなる値が、自律神経機能のバランスを計測する指標ＬＦ／ＨＦ、即ち、３〜４秒程度の周期を持つ呼吸を信号源とする変動波ＨＦに対するメイヤー波と称される約１０秒周期の血圧変化を信号源とする変動波ＬＦの比、を代表することについての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５-０６６３３７号公報
【特許文献２】ＷＯ２００８／１１４８６５号公報
【特許文献３】特開平１０-００５１８４号公報
【特許文献４】特開２０１０-０６３６８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Modelling and Simulation in Engineering Volume 2012 (2012), Article ID 931943, 8 pages
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
人の緊張度を推定する最も簡便な手段は心拍の測定であるが、人の日常において心拍数は緊張によらずとも運動、食事、気温上昇等によって高められる。このうち最も心拍数を高めるのは運動であるが、車両等の運転に先立つ事前の運動により心拍数が上昇していても車両等の運転に特に差し障りがあるわけではないので、心拍数に基づいて人の緊張度を推定し、緊張の高まりを警報したり、車両の運転支援制御等に介入するには、心拍数の増大状態から少なくとも運動により心拍数が増大している状態を排除することが望まれる。
【０００７】
心拍数の増大状態から運動により心拍数が増大している状態を排除するために心拍の測定以外に何らかの感知手段を用いることも考えられるが、それでは緊張度推定装置としての構成が複雑化するので、心拍の測定の範囲内にて運動による心拍数の増大を排除することが望まれる。この点に関し、心拍間隔に着目することが考えられるが、心拍間隔についてのこれまでの種々考察は、上記の通り、心拍間隔の変化により人の緊張状態を把握せんとするものである。
【０００８】
本件発明者等は、心拍間隔に関する種々の実験的研究の結果、人の心拍における上記のＳＤとＲＭＳＳＤの比であるＳＤ／ＲＭＳＳＤなる値は、人の緊張によって増大するが、人の運動によっては増大しないことを見出した。本発明は、この知見に基づき、人の心拍の測定に基づき、人の運動による心拍数の増大を排除して、人の緊張度を推定する装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決すべく、本発明は、人の心拍を測定する手段と、心拍の測定結果より所定期間内における心拍数を求める手段と、前記所定期間内における心拍間隔の標準偏差ＳＤを求める手段と、前記所定期間内における相隣る心拍間隔の差の２乗の平均値の平方根ＲＭＳＳＤを求める手段とを有し、人がくつろぎ状態にあるときのＳＤとＲＭＳＳＤの比ＳＤ／ＲＭＳＳＤを求めておき、人の心拍の測定に基づいて人の緊張度を推定するに当たっては、所定期間内の心拍についてＳＤ／ＲＭＳＳＤの値を算出し、算出されたＳＤ／ＲＭＳＳＤの値が前記のくつろぎ状態時に求められたＳＤ／ＲＭＳＳＤの値より所定の限度を越えて増大しているときのみ、心拍数に基づく緊張度の推定を行うようになっていることを特徴とする緊張度推定装置を提案するものである。尚、ここでの「くつろぎ状態」とは、単なる安静状態だけでなく、例えば穏やかな内容のテレビの観賞中等の状態であってもよく、心拍数が平常値に安定しているリラックス状態である。
【００１０】
上記の心拍数に基づく緊張度の判断は、くつろぎ状態にて所定時間にわたる心拍測定を複数回繰り返すことにより心拍数の平均値と標準偏差とを検定しておき、緊張度の判断を行うべき心拍数よりくつろぎ時の心拍数の平均値を差し引き、その差をくつろぎ時の心拍数の標準偏差にて除した正規化値に基づいて行われてよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記の如く、緊張度推定装置が、人の心拍を測定する手段と、心拍の測定結果より所定期間内における心拍数を求める手段と、前記所定期間内における心拍間隔の標準偏差ＳＤを求める手段と、前記所定期間内における相隣る心拍間隔の差の２乗の平均値の平方根ＲＭＳＳＤを求める手段とを備え、人がくつろぎ状態にあるときのＳＤとＲＭＳＳＤの比ＳＤ／ＲＭＳＳＤを求めておき、人の心拍の測定に基づいて人の緊張度を推定するに当たっては、所定期間内の心拍についてＳＤ／ＲＭＳＳＤの値を算出し、算出されたＳＤ／ＲＭＳＳＤの値が前記のくつろぎ状態時に求められたＳＤ／ＲＭＳＳＤの値より所定の限度を越えて増大しているときのみ、心拍数に基づく緊張度の推定を行うようになっていれば、人の心拍に基づく緊張状態の推定において運動による心拍増大時を排除することができる。
【００１２】
上記の心拍数に基づく緊張度の判断が、くつろぎ状態にて所定時間にわたる心拍測定を複数回繰り返すことにより心拍数の平均値と標準偏差とを検定しておき、緊張度の判断を行うべき心拍数よりくつろぎ時の心拍数の平均値を差し引き、その差をくつろぎ時の心拍数の標準偏差にて除した正規化値に基づいて行われれば、くつろぎ状態と緊張状態の境界を心拍に基づきより的確に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】人の心拍測定におけるＲ波を示すグラフである。
【図２】くつろぎ時と緊張時における心拍数とＳＤ／ＲＭＳＳＤの対応の検査結果を５人の被験者について示すグラフである。
【図３】図２に示す心拍数とＳＤ／ＲＭＳＳＤの対応をくつろぎ時のデータに基づいて正規化して示すグラフである。
【図４】人の運動による心拍数とＳＤ／ＲＭＳＳＤの対応の変化の検査結果を示すグラフである。
【図５】本発明による緊張度推定装置の作動を一つの実施例について示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による緊張度推定装置における、人の心拍を測定する手段、および心拍の測定結果より所定期間内における心拍数を求める手段としては、特に図示はしないが、この技術の分野において種々の態様にて公知の心拍測定器や心拍の生波形よりバターワースフィルター等を用いて体動や呼吸による基線変動を除去し、或る閾値を越えた後下回る波形をＲ波として検出する任意の手段が用いられてよい。また本発明による緊張度推定装置における、所定期間内における心拍間隔の標準偏差ＳＤを求める手段、所定期間内における相隣る心拍間隔の差の２乗の平均値の平方根ＲＭＳＳＤを求める手段、くつろぎ状態時に求められたＳＤ／ＲＭＳＳＤの値と緊張度を推定されるべき心拍のＳＤ／ＲＭＳＳＤの値を比較する手段、複数回の所定時間にわたる心拍数の平均値と標準偏差を算出する手段、および緊張度の判断を行うべき心拍数よりくつろぎ時の心拍数の平均値を差し引き、その差をくつろぎ時の心拍数の標準偏差にて除する手段は、数学的演算手段であり、適宜のマイクロコンピュータであってよい。また本発明の緊張度推定装置による緊張度の推定結果は、装置の使用者のスマートフォン等に適宜の要領にて表示されてよい。
【００１５】
本件発明者等は、５人の被験者Ａ〜Ｅについて、くつろぎ状態にある時と聴衆の前でスピーチをするという緊張状態にある時の心拍を測定し、心拍数とＳＤ／ＲＭＳＳＤの対応について図２に示す如きデータを得た。これらのグラフにおいて、×はくつろぎ時のデータであり、○は緊張時のデータである。図２のデータより分かる通り、心拍数もＳＤ／ＲＭＳＳＤも、個人差はあるが、その値は概して緊張によりくつろぎ状態より増大しているが、心拍数については、人にはそもそもくつろぎ状態において大きな個人差がある。
【００１６】
そこで、各被験者について、くつろぎ状態での心拍データ（図２における×点）に基づき、心拍数については、×点の心拍数の平均値、×点の心拍数の標準偏差を求め、くつろぎ時および緊張時の各心拍数（図２における×点および○点の心拍数の値）よりくつろぎ時の心拍数の平均値を差し引き、その差をくつろぎ時の心拍数の標準偏差にて除し、またＳＤ／ＲＭＳＳＤについては、×点のＳＤ／ＲＭＳＳＤの平均値、×点のＳＤ／ＲＭＳＳＤの標準偏差を求め、くつろぎ時および緊張時の各ＳＤ／ＲＭＳＳＤ（図２における×点および○点のＳＤ／ＲＭＳＳＤの値）よりくつろぎ時のＳＤ／ＲＭＳＳＤの平均値を差し引き、その差をくつろぎ時のＳＤ／ＲＭＳＳＤの標準偏差にて除する手法により、心拍数およびＳＤ／ＲＭＳＳＤについての正規化処理を行い、図３に示す結果を得た。
【００１７】
図３に示されたデータより、心拍数正規化値で見れば、くつろぎ状態と緊張状態の境界線は、被験者の多くについて、ほぼ３の当りに引けるように、標準化できることが分かる。従って、くつろぎ状態での所定時間にわたる心拍の測定を複数回繰り返し、その結果に基づいて、くつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差を検定しておけば、その後の緊張度推定時の緊張状態の如何を、その時の心拍数よりくつろぎ時の心拍数の平均値を差し引き、その差をくつろぎ時の心拍数の標準偏差で除し、その結果値が「３」なる値を如何ほど上回るかを見ることによって推定することができる。
【００１８】
一方、ＳＤ／ＲＭＳＳＤについては、図２におけるＳＤ／ＲＭＳＳＤの生のスケールで見ても、また図３におけるＳＤ／ＲＭＳＳＤの正規化値のスケールで見ても、くつろぎ時の×点に比して緊張時の○点では、その値が上昇しているが、この点に関し、本件発明者等は、別途行った人の運動と心拍数とＳＤ／ＲＭＳＳＤとの関係に関する検査により、図４に示す如く、運動によって心拍数は増大するが、ＳＤ／ＲＭＳＳＤは変化しないことを見出した。そこで、心拍数に基づき緊張度を推定するに当たって、ＳＤ／ＲＭＳＳＤの値がくつろぎ時の値より増大しているか否かをチェックし、もしＳＤ／ＲＭＳＳＤの値にくつろぎ時からの変化がなければ、たとえ心拍数が増大していても、それは運動による心拍数の増大であり、緊張によるものではないとし、心拍の測定に基づく緊張状態の推定から運動による誤推定を排除することができる。この場合、特に心拍数の増大が、くつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定に基づき、緊張度推定時の心拍数よりくつろぎ時の心拍数の平均値を差し引き、その差をくつろぎ時の心拍数の標準偏差で除した正規化値により行われれば、その値が略３よりどれほど増大しているかにより緊張度の推定をより的確に行なうことができる。
【００１９】
図５は、上記の知見に基づいて構成された本発明による緊張度推定装置の作動を一つの実施例としてフローチャートにて示している。
【００２０】
スイッチ或いは押しボタンにより装置の作動が開始されると、ステップ（Ｓ）１０にて装置がタイムアウト状態にあるか否かが判断される。これは、緊張度推定装置について、先にくつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定が行われてより所定の時間が経過したか否かを判断するものである。くつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定は、人の正常な体調の変化や季節の変遷を考慮しても、一度行われれば、例えば、数週間ないし１ヶ月程度はそのままの値が使用されても差し支えなく、またそれを越えるときには、改めて検定し直されるのが好ましいと考えられる。タイムアウトの如何は、予めランプ等により装置に表示されてよく、そうすれば、使用者は装置の使用に際して、先ずくつろぎ状態での検定が必要か、或いは直ちに緊張度の推定を行ってよいかを知ることができる。このためのタイマは後述のステップ１７０にてセットされる。従って、使用者は、装置の使用に先立ってタイムアウトの如何を確認し、装置がタイムアウトしているときには、くつろぎ時を選び、くつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定から始めなければならない。
【００２１】
ステップ１０の答がイエス（Ｙ）のとき、即ち、装置の始めての使用時、または先のくつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定から所定の設定時間が経過しているときには、制御はステップ２０へ進み、フラグＦが０にセットされ、制御はステップ３０へ進む。答がノー（Ｎ）のとき、即ち、先のくつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定から所定の設定時間が経過していないときには、制御はそのままステップ３０へ進む。フラグＦは、くつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定が行われたとき、後述のステップ１６０にて１にセットされる。
【００２２】
ステップ３０においては、フラグＦが０であるか否かが判断される。答がイエスのとき、即ち、くつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定が必要なとき、制御はステップ４０へ進み、１回の心拍測定を特定する識別子ｖが０より始まって１ずつ増分される。
【００２３】
続くステップ５０においては、所定時間にわたる１回の心拍の測定が行われ、得られた心拍の生波形はステップ６０にてバターワースフィルター等を用いて体動や呼吸による基線変動を除去するフィルタ処理を施され、更にステップ７０にて或る閾値を越えた後下回る波形をＲ波として取り出すＲ点検出が行われる。
【００２４】
次いで制御はステップ８０へ進み、上に得られたＲ波に基づいて相隣る心拍間の間隔ＲＲＩおよび心拍数Ｎvが検出され、続くステップ９０においてＲＲＩの標準偏差ＳＤvが算出され、続くステップ１００において時系列的に相隣る心拍間の間隔ＲＲＩの間の差の２乗の平均値の平方根であるＲＭＳＳＤvが算出され、続くステップ１１０にてＳＤv／ＲＭＳＳＤvの値がＱvとして算出される。
【００２５】
次いで制御はステップ１２０へ進み、ｖが所定値ｖsを越えたか否かが判断される。ｖsはくつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定を行うために実行する所定期間にわたる心拍測定の回数であり、図２における×点の数である。所定回数の心拍測定が行われるまで、制御はこれよりステップ３０へ戻る。所定回数の心拍測定が行われ、ステップ１２０の答がイエスに転じると、制御はステップ１３０へ進む。
【００２６】
ステップ１３０においては、上に測定されたＱ1〜Ｑvsの平均値Ｑvmが算出され、続くステップ１４０にて心拍数Ｎ１〜Ｎvsの平均値Ｎvmが算出され、続くステップ１５０において、上に測定された心拍数Ｎ１〜Ｎvsの標準偏差ＳＤsが算出される。これより制御はステップ１６０へ進み、上述のフラグＦが１にセットされ、次いでステップ１７０にて上述のタイマがセットされる。以上の一連のステップ４０〜１７０により、くつろぎ状態での心拍数の平均値と標準偏差の検定が行われ、その終了を示すべくフラグＦが１にセットされ、くつろぎ状態での心拍のＳＤ／ＲＭＳＳＤ（平均値）と心拍数の平均値と心拍数の標準偏差の検定の保持期間を計測するタイマがセットされる。
【００２７】
一度くつろぎ状態での心拍のＳＤ／ＲＭＳＳＤと心拍数の平均値と心拍数の標準偏差の検定が行われると、上記のタイマにセットされた時間が経過するまでフラグＦは１となっているので、その間、装置が作動されると、ステップ３０の答はノーであり、制御はステップ１８０以下について行われる。ステップ１８０以下は緊張推定時の緊張度推定の実行である。
【００２８】
ステップ１８０〜２４０においては、ステップ５０〜１１０におけると同様に、所定時間にわたる１回の心拍の測定が行われ、得られた心拍の生波形がバターワースフィルター等を用いて体動や呼吸による基線変動を除去するフィルタ処理を施され、或る閾値を越えた後下回る波形をＲ波として検出され、得られたＲ波に基づいて相隣る心拍間の間隔ＲＲＩおよび心拍数Ｎwが検出され、ＲＲＩの標準偏差ＳＤwが算出され、時系列的に相隣る心拍間の間隔ＲＲＩの間の差の２乗の平均値の平方根であるＲＭＳＳＤwが算出され、ＳＤw／ＲＭＳＳＤwの値がＱwとして算出される。
【００２９】
次いで、ステップ２５０において、Ｑwがくつろぎ状態において算出されたＱvmと比較してそれより或る所定の微小値ΔＱを越えて大きいか否かが判断される。このΔＱなる値は、ＱwがＱvmと殆ど同じであることを確認するための許容誤差である。答がノーであるとき、即ち、ＱwがＱvmと殆ど同じであるときには、そのとき、たとえ心拍数がくつろぎ時より増大していても、それは運動による可能性が高いので、このときには、制御はこれより後述のステップ３３０へ進み、例えば、青色灯を点灯し、制御はステップ３０へ戻る。この場合、装置の使用者が青色灯の点灯を確認した上で装置の作動を止めるか、その後緊張状態が生じて以下に説明するステップ２８０、３００、３２０のいずれかの警報が発せられるまで続けられる。
【００３０】
一方、ステップ２５０の答がイエスのとき、即ち、Ｑwがくつろぎ状態において算出されたＱvmと比較してそれより所定の微小値ΔＱを越えて大きいと判断されたときには、制御はステップ２６０へ進み、ステップ２１０にて検出された心拍数Ｎwよりステップ１４０にて算出されたくつろぎ時心拍数平均値Ｎvmを差し引き、その差をステップ１５０にて算出されたくつろぎ時心拍数標準偏差ＳＤsにて除することにより、心拍数Ｎwの正規化値Ｎeが求められる。
【００３１】
次いで、制御はステップ２７０へ進み、Ｎeが或る所定の非常に大きい閾値Ｎe３より大きいか否かが判断される。答がイエスであれば、これは心拍数が非常に大きく増大しており、緊張度が非常に高いことを推測させるので、制御はステップ２８０へ進み、例えば、赤色の警報灯が急点滅状態に点灯される。この場合、制御はこれよりステップ３０へ戻り、ステップ１８０以下の制御が繰り返されるので、装置の使用者が警報を確認した上で装置の作動を止めるか、心拍数が下がり、ステップ２７０の答がノーに転ずるまで、赤の急点滅警報が続けられる。
【００３２】
ステップ２７０の答がノーであるときには、制御はステップ２９０へ進み、Ｎeが或る所定のかなり大きい閾値Ｎe2より大きいか否かが判断される。答がイエスであれば、これは心拍数がかなり大きく増大しており、緊張度がかなり高いことを推測させるので、制御はステップ３００へ進み、例えば、赤色の警報灯が緩点滅状態に点灯される。この場合にも、制御はこれよりステップ３０へ戻り、ステップ１８０以下の制御が繰り返されるので、装置の使用者が警報を確認した上で装置の作動を止めるか、心拍数が下がり、ステップ２９０の答がノーに転ずるまで、赤の緩点滅警報が続けられる。
【００３３】
ステップ２９０の答がノーであるときには、制御はステップ３１０へ進み、Ｎeが或る所定のある程度大きい閾値Ｎe1より大きいか否かが判断される。答がイエスであれば、これは心拍数がある程度大きく増大しており、緊張度がある程度高いことを推測させるので、制御はステップ３２０へ進み、例えば、赤色の警報灯が連続点灯状態に点灯される。この場合にも、制御はこれよりステップ３０へ戻り、ステップ１８０以下の制御が繰り返されるので、装置の使用者が警報を確認した上で装置の作動を止めるか、心拍数が下がり、ステップ３１０の答がノーに転ずるまで、赤の連続点灯警報が続けられる。
【００３４】
ステップ３１０の答がノーであるときには、制御はステップ３３０へ進む。この場合には、緊張状態ではないことが推測されるので、そのことが、例えば、青色灯の点灯により表示される。この場合にも、制御はこれよりステップ３０へ戻り、ステップ１８０以下の制御が繰り返されるので、装置の使用者が青色灯の点灯を確認した上で装置の作動を止めるか、その後緊張状態が生じてステップ２８０、３００、３２０のいずれかの警報が点灯されるまで、青色灯の点灯が続けられる。
【００３５】
以上に於いては本発明を一つの実施例について詳細に説明したが、かかる実施例について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【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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