(57)【要約】【課題】簡易的な方法により、切除領域内で急激に曲率が変化する部分を少なくする。【解決手段】角膜切除量決定装置は、術眼の矯正量データ、その矯正量を確保する第１切除ゾーンと非切除領域とを接続する第２切除ゾーンに関するサイズデータを入力するデータ入力手段と、該入力された術眼の矯正量を少なくとも１０個に細分割し、それぞれの分割矯正量に対するレンズ成分を第１切除ゾーンから第２切除ゾーンの外径まで徐々に拡大した径により切除するものとして、各分割矯正量に対する切除量を求め、該求めた各切除量を積算して全体の切除量を決定する演算手段と、該演算された切除量のデータを出力する出力手段と、を備える。角膜手術装は、演算された切除量のデータに基づいてレーザビームの導光手段を制御する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームにより角膜を手術する角膜手術のための角膜切除量決定装置において、
術眼の矯正量データ、その矯正量を確保する第１切除ゾーンと非切除領域とを接続する第２切除ゾーンに関するサイズデータを入力するデータ入力手段と、
該入力された術眼の矯正量を少なくとも１０個に細分割し、それぞれの分割矯正量に対するレンズ成分を第１切除ゾーンから第２切除ゾーンの外径まで徐々に拡大した径により切除するものとして、各分割矯正量に対する切除量を求め、該求めた各切除量を積算して全体の切除量を決定する演算手段と、該演算された切除量のデータを出力する出力手段と、を備えることを特徴とする角膜切除量決定装置。
【請求項２】
請求項１の前記演算手段は、各分割矯正量に対する切除量を所定の微小間隔で徐々に拡大した径のレンズ成分を切除するものとして求めるものであり、術眼の矯正量を細分割する際の分割数を、第２切除ゾーンの幅と前記所定の微小間隔とに基づいて決定する段階を含むことを特徴とする角膜切除量決定装置。
【請求項３】
請求項１の角膜切除量決定装置において、術眼の矯正量を細分割する際の、第２切除ゾーンの幅方向に対する分割矯正量の大きさに関する分割パターンを変更する変更手段を備えることを特徴とする角膜切除量決定装置。
【請求項４】
レーザビームを角膜に導光して角膜を所期する形状に切除する導光手段と、術眼の矯正量データ、その矯正量を確保する第１切除ゾーンと非切除領域とを接続する第２切除ゾーンに関するサイズデータを入力するデータ入力手段と、該入力された術眼の矯正量を少なくとも１０個に細分割し、それぞれの分割矯正量に対するレンズ成分を第１切除ゾーンから第２切除ゾーンの外径まで徐々に拡大した径により切除するものとして、各分割矯正量に対する切除量を求め、該求めた各切除量を積算して全体の切除量を決定する演算手段と、該演算された切除量に基づいて前記導光手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする角膜手術装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームにより角膜を切除する角膜手術装置及び角膜切除手術のための切除量を決定する装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
レーザビームにより角膜を切除（アブレーション）し、角膜の形状を変えることにより眼の屈折異常を矯正する角膜手術装置が知られている。この種の装置の装置では、矯正量に相当するレンズ成分を角膜から取り除くように、角膜を切除する。このとき、矯正量を確保する光学領域（オプチカルゾーンという）のみをアブレーションすると、アブレーションした部分とアブレーションしない部分との境界が段差となって表れる。そこで、本出願人は、特開平６−１８９９９９号公報により、オプチカルゾーンのアブレーション領域と非アブレーション領域とを滑らかに接続するために、オプチカルゾーンの外側に調整ゾーンを形成する方法を提案した。近視矯正の場合の調整ゾーンは、一つの例として、術前と術後の両角膜形状に内接する円を求めることにより決定している。
【０００３】
また、近視の高度数の球面矯正や柱面矯正をする場合、切除深度が深くなることを避けるための一つの方法として、矯正量を複数に分割すると共にその切除径を変える方法が手術の現場で行われている。一例として、近視の球面矯正がＳ−５．００Ｄ（ディオプタ）の術眼に対して、図９に示す如く、３段階のステージに分割する方法が実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−１８９９９９号公報のように、オプチカルゾーンの外側に調整ゾーンを設けることにより、アブレーションした部分とアブレーションしない部分との境界の段差が軽減され、良好な結果が得られるようになってきた。しかし、特開平６−１８９９９９号公報の方法では、特に矯正量が多い場合に術前と術後の両角膜形状に内接する円の半径が小さくなり、曲率が急激に変化する部分が調整ゾーンの広い範囲で多く現われやすい。曲率が急激に変化する部分が多いと、夜間視におけるグレアーやハローの原因になるという問題がある。
【０００５】
また、図９に示した方法では、各ステージの境に角膜の曲率変化が急になる傾向がある。加えて、矯正量や切除径（ＯＺ、ＴＺ）を各ステージ毎にそれぞれ手入力する必要があり、入力が手間である、入力ミスが発生しやすい、手入力であるため分割のステージ数に制限がある、各ステージの分割数や切除径の入力の適切さが術者の経験に左右されることが多い、等の問題がある。さらに、複数回に分割した手術では、手術時間が長くなる問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑み、簡易的な方法により、切除領域内で急激に曲率が変化する部分を少なくできる角膜手術装置、及びその角膜切除量を決定する装置を提供することを技術課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）　レーザビームにより角膜を手術する角膜手術のための角膜切除量決定装置は、術眼の矯正量データ、その矯正量を確保する第１切除ゾーンと非切除領域とを接続する第２切除ゾーンに関するサイズデータを入力するデータ入力手段と、該入力された術眼の矯正量を少なくとも１０個に細分割し、それぞれの分割矯正量に対するレンズ成分を第１切除ゾーンから第２切除ゾーンの外径まで徐々に拡大した径により切除するものとして、各分割矯正量に対する切除量を求め、該求めた各切除量を積算して全体の切除量を決定する演算手段と、該演算された切除量のデータを出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。
（２）　（１）の前記演算手段は、各分割矯正量に対する切除量を所定の微小間隔で徐々に拡大した径のレンズ成分を切除するものとして求めるものであり、術眼の矯正量を細分割する際の分割数を、第２切除ゾーンの幅と前記所定の微小間隔とに基づいて決定する段階を含むことを特徴とする。
（３）　（１）の角膜切除量決定装置において、術眼の矯正量を細分割する際の、第２切除ゾーンの幅方向に対する分割矯正量の大きさに関する分割パターンを変更する変更手段を備えることを特徴とする。
（４）　角膜手術装置は、レーザビームを角膜に導光して角膜を所期する形状に切除する導光手段と、術眼の矯正量データ、その矯正量を確保する第１切除ゾーンと非切除領域とを接続する第２切除ゾーンに関するサイズデータを入力するデータ入力手段と、該入力された術眼の矯正量を少なくとも１０個に細分割し、それぞれの分割矯正量に対するレンズ成分を第１切除ゾーンから第２切除ゾーンの外径まで徐々に拡大した径により切除するものとして、各分割矯正量に対する切除量を求め、該求めた各切除量を積算して全体の切除量を決定する演算手段と、該演算された切除量に基づいて前記導光手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る角膜手術装置システムの構成ブロック図である。
１００は角膜形状を測定する装置であり、角膜切除量を決定するための要因となる術眼の測定データを得る。角膜形状測定装置１００は、被検眼角膜に多数の円環状のプラチドリングを投影する投影手段１０１と、そのリング像を撮像する撮像手段１０２と、撮像された画像を処理してリング像のエッジを検出し、広い範囲にわたって角膜曲率の分布を得る検出手段１０３を備える。
【０００９】
１５０は角膜の切除量を算出する演算装置であり、演算装置１５１、入力部１５２、ディスプレイ等の表示部１５３、データ出力部１５４等を備える。これらは市販のパーソナルコンピュータが使用できる。測定装置１００で得られた測定データは、ケーブル通信やフレキシブルディスク等の記憶媒体を介して入力部１５２により入力する。また、切除領域のサイズデータ、矯正量データ等を入力部１５２により入力する。表示部１５３には切除量の演算結果が図形表示される。２００はレーザビームにより角膜を切除する角膜手術装置であり、演算装置１５０で得られた切除量のデータを、ケーブル通信やフレキシブルディスク等の記憶媒体を入力する手段を有する。
【００１０】
図２は角膜手術装置のレーザ導光光学系及び制御系の構成を説明する図である。２１０は１９３ｎｍの波長を持つエキシマレーザを出射するレーザ光源である。レーザ光源２１０から水平方向に出射されたレーザビームは、ミラー２１１、２１２により反射され、平面ミラー２１３でさらに９０度方向に反射される。平面ミラー２１３はミラー駆動部２１４により図における矢印方向に移動可能であり、レーザビームをガウシアン分布方向に平行移動して対象物を均一に切除できる。この点は、特開平４−２４２６４４号に詳細に記載されているので、詳しくはこれを参照されたい。
【００１１】
２１５はイメージローテータであり、イメージローテータ駆動部２１６により中心光軸を中心にして回転駆動され、レーザビームを光軸周りに回転させる。２１７はミラーである。
２１８はアブレーション領域を円形に制限する可変円形アパーチャであり、アパーチャ駆動部２１９によりその開口径が変えられる。２２０はアブレーション領域をスリット状に制限する可変のスリットアパーチャであり、アパーチャ駆動部２２１により開口幅とスリット開口の方向が変えられる。２２２、２２３はビームの方向を変えるミラーである。２２４は円形アパーチャ２１８およびスリットアパーチャ２２０を患者眼の角膜Ｅｃ上に投影するための投影レンズである。
【００１２】
２２５は１９３ｎｍのエキシマレーザビームを反射して可視光を通過する特性を持つダイクロイックミラーであり、投影レンズ２２４を経たレーザビームはダイクロイックミラー２２５により９０°偏向されて角膜Ｅｃへと導光される。ダイクロイックミラー２２５の上方には固視灯２２６、対物レンズ２２７、顕微鏡部２０３が配置される。
２５０はレーザ光源２１０や各駆動部等を制御する制御部である。また、制御部２５０にはフットスイッチ２０８、各種の操作スイッチやレーザ照射光学系が配置されたアームを移動するコントローラ２０６、コンピュータ２０９が接続されている。コンピュータ２０９は、手術データを入力する入力手段やモニタを備え、レーザ照射制御データの演算や表示、記憶等を行う。
【００１３】
この角膜手術装置２００による矯正手術について説明する。近視の球面矯正の場合、制御部２５０は円形アパーチャ２１８によりレーザビームを制限し、平面ミラー２１３を順次移動してレーザビームをガウシアン分布方向に移動する。そして、レーザビームが１面を移動し終わるごとに、イメージローテータ２１５の回転によりレーザビームの移動方向を変更して（例えば、１２０度間隔の３方向）、円形アパーチャ２１８により制限された領域を略均一にアブレーションする。これを円形アパーチャ２１８の開口領域の大きさを順次変えるごとに行うことにより、角膜の中央部を深く、周辺部を浅くした球面成分のアブレーションが行える。
【００１４】
近視の柱面矯正の場合、オプチカルゾーンに合わせて円形アパーチャ２１８を開き、スリットアパーチャ２２０の開口幅を変えていく。スリットアパーチャ２２０はそのスリット開口幅が強主経線方向に変化するように駆動部２２１によりスリット開口の方向を調整しておく。レーザビームの照射は、前述の球面矯正の場合と同様に、平面ミラー２１３を順次移動してレーザビームをガウシアン分布方向に移動する。レーザビームを１スキャンするごとに、イメージローテータ２１５の回転によりレーザビームの移動方向を変更し、スリットアパーチャ２２０により制限された領域を略均一にアブレーションする。そして、スリットアパーチャ２２０の開口幅を順次変えながら、これを繰り返すことにより、柱面成分のアブレーションが行える。
【００１５】
次に、矯正量を確保するオプチカルゾーンと非アブレーション領域とを接続する調整ゾーンの形成について説明する。まず、近視の球面矯正の場合を、図３〜図５を基に説明する。なお、測定装置１００により得られた術前の角膜曲率、術眼の目的とする矯正量（ディオプタ）、オプチカルゾーンのサイズ（ＯＺ）、調整ゾーンの外径サイズ（ＴＺ）を、入力部１５２により演算装置１５０に入力しておく。切除量は演算部１５１により求められる。
【００１６】
まず、ＯＺとＴＺにより決まる調整ゾーン幅Ｔｗを、微小間隔Δｄで分割する。調整ゾーン幅Ｔｗは、ＯＺとＴＺを入力することにより計算されるが、直接数値入力しても良い。分割数ｍは、ｍ＝Ｔｗ／Δｄ＋１により計算する。例えば、ＯＺ＝５ｍｍ、ＴＺ＝９ｍｍ、間隔Δｄ＝０．０２ｍｍとすると、分割数ｍ＝１０１となる。この分割数ｍで矯正量ＰＣ（ディオプタ）を細分割すると、ＰＣ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋…＋Ｐｍとなる。以下、分割パワーＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…Ｐｍを、ＰＭ（Ｍ＝１，２，３，…，ｍ）で表記する。
【００１７】
次に、それぞれのＰＭについて球面レンズ成分を切除するものとして考える。このとき、初めのＰ１の切除サイズＤ１はＯＺから初め、２番目のＰ２の切除サイズＤ２＝ＯＺ＋２Δｄ、３番目のＰ３の切除サイズＤ３＝ＯＺ＋４Δｄ、とういうように切除サイズを２Δｄ分づつ順次大きくしていく。最後のｍ番目の切除サイズＤｍは、ＯＺ＋（ｍ−１）２Δｄ＝ＴＺとなる。Ｍ番目の切除サイズＤＭは、ＤＭ＝ＯＺ＋（Ｍ−１）２Δｄ…（Ｍ＝１，２，３，…，ｍ）とする。
【００１８】
各ＰＭに対するそれぞれの切除量ＡＰＭ（Ｍ＝１，２，３，…，ｍ）を算出する。この算出に際しては、切除前の角膜曲率Ｒ（Ｍ−１）から分割パワーＰＭを切除したときの切除後の曲率ＲＭを、次式により求める。なお、ｎは角膜の屈折率であり、通常はｎ＝１．３７６が使用される。
ＲＭ＝（ｎ−１）ＲＭ−１／（（ｎ−１）＋ＲＭ−１ＰＭ）　…（式１）
そして、切除サイズＤＭの範囲で、ＲＭの曲面形状とＲＭ−１の曲面形状との差を計算することにより、分割パワーＰＭ（Ｍ＝１，２，３，…，ｍ）に対するそれぞれの切除量ＡＰＭ（Ｍ＝１，２，３，…，ｍ）が求められる（図５参照）。最後に、この切除量ＡＰＭを全て積み上げることにより、図４に示す全体の切除量が求められる。
【００１９】
ここで、式１をＰ１、Ｐ２、Ｐ３…Ｐｍについてそれぞれ展開すると、
Ｐ１＝（１／Ｒ１−１／Ｒ０）＊（ｎ−１）
Ｐ２＝（１／Ｒ２−１／Ｒ１）＊（ｎ−１）
Ｐ３＝（１／Ｒ３−１／Ｒ２）＊（ｎ−１）
………
Ｐｍ＝（１／Ｒｍ−１／Ｒｍ−１）＊（ｎ−１）
となる。Ｒ０は入力される術前の角膜曲率であり、Ｒｍは矯正量ＰＣを切除したときの最終的な角膜曲率である。
【００２０】
上記式を全て足すと、
Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋…＋Ｐｍ＝（１／Ｒｍ−１／Ｒ０）＊（ｎ−１）
となる。これは、オプチカルゾーン内での矯正量ＰＣが確保されていることを示している。
【００２１】
一方、オプチカルゾーンの外側には、切除量ＡＰＭ（Ｍ＝１，２，３，…，ｍ）を積み上げたことにより、結果的にオプチカルゾーンと非アブレーション領域とを接続する調整ゾーンが幅Ｔｗで形成されることになる。調整ゾーンでは、オプチカルゾーンから外側にいくにしたがって、切除量が徐々に減少するので、急激な曲率（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ曲率）の変化部分（範囲）が少なくなる。
【００２２】
近視の柱面矯正の場合を図６により説明する。強主経線方向の切除は、近視の球面切除の場合と同様に、矯正量ＰＣを細分割した柱面レンズを切除するものとして、その切除量を積み上げたものを計算する。強主経線方向の切除量は、図６のＣＳとなる。
【００２３】
一方、弱主経線方向の切除は、オプチカルゾーン内では均一の切除量である。調整ゾーン幅Ｔｗの切除量Ｃｆは、強主経線方向の切除量ＣＳを利用する。切除量Ｃｆは、ＴＺの半径Ａｚにおける切除量ＣＳを、Ｔｗに変換したものとして求める。すなわち、切除量ＣＳを幅方向にＴｗ／Ａｚで圧縮した切除量となる。したがって、弱主経線方向の調整ゾーンの形状は、強主経線方向の切除量ＣＳの形状が反映されるため、オプチカルゾーン付近では急激に曲率が変化する部分を少なくできる。
【００２４】
なお、分割数ｍが多いほど、徐々に変化する切除量が細かくなり、急激な曲率変化を計算上少なくできる。分割数ｍは、切除ゾーン幅Ｔｗと間隔Δｄとにより決められるので、このΔｄを小さくすれば多くなる。本実施形態では、Δｄの値を、レーザ導光光学系の円形アパーチャ２１８（柱面切除の場合は、スリットアパーチャ２２０）による切除幅の分解能との関係により決定しており、角膜上での切除幅の分解能が半径０．０２ｍｍであるものとしている。これは、近視の柱面矯正における弱主経線方向の調整ゾーンの形状をも滑らかにするため設定した値である。近視の球面矯正及び柱面矯正における強主経線方向の調整ゾーンの形状のみを考える場合、調整ゾーンの切除深度が少ないので、Δｄの値を０．０２ｍｍより大きくしても良い。
【００２５】
以上の切除量の計算は、演算部１５１により処理される。術前の角膜形状及び術後に予定される角膜形状が角膜屈折力に変換され、図７のように、表示部１５３の画面１６０には、トポグラフィのカラーマップとして表示される。１６１が術前のカラマップであり、１６２が術後のカラーマップである。パラメータ欄１６３には、入力したデータと切除深度のデータが表示される。また、ウィンドウ表示部１６５には、調整ゾーンの切除カーブを変更するためのパラメータ欄が表示される。パラメータ欄１６３の入力データ、調整ゾーンの切除カーブのパラメータを変更することにより、術後に予定する角膜形状をシュミレーションでき、その結果をカラーマップで確認できる。
【００２６】
図８は、調整ゾーンの切除カーブの変更方法を説明する図である。図８において、縦軸には矯正量ＰＣ（正規化した値）を、横軸には調整ゾーンの半径をとっている。直線のグラフＬＡは、径方向の距離に対する矯正量ＰＣの分割パワーＰＭを等しくした場合を示している。凹曲線のグラフＬＢは、矯正量ＰＣの分割パワーＰＭを中心側で大きく、周辺側にいくに従って徐々に小さくした場合を示している。逆に、凸曲線のグラフＬＣは、矯正量ＰＣの分割パワーＰＭを中心側で小さく、周辺側にいくに従って徐々に大きくした場合を示している。グラフＬＣに設定した場合、グラフＬＡに対して、オプチカルゾーン付近での曲率の変化を少なくできるが、最大切除深度が深くなる。グラフＬＢに設定した場合、グラフＬＡに対して、オプチカルゾーン付近での曲率の変化が大きくなるが、最大切除深度を浅くできる。このように矯正量ＰＣの細分割パターンを変更することにより、調整ゾーンの切除カーブ及び最大切除深度を調整できる。
【００２７】
ウィンドウ表示部１６５に表示されるグラフのパラメータは、入力部１５２が持つマウス等を使用して変更できる。この変更により、術後のカラーマップ１６２の表示、及びパラメータ欄１６３の切除深度の表示も変更される。術者は、こうしたシュミレーションにより、切除深度との関係を考慮しつつ、術眼の屈折矯正に適した調整ゾーンのカーブ形状を選択できる。なお、グラフＬＡ，ＬＢ，ＬＣは、予め設定された複数のものから選択が可能であるが、任意に設定可能としても良い。
【００２８】
演算装置１５０により決定した切除量のデータを、角膜手術装置２００側のコンピュータ２０９に入力する。切除量の演算機能は、角膜形状測定装置１００又は角膜手術装置２００側のコンピュータ２０９に持たせても良い。角膜手術装置２００の制御部２５０は、切除量のデータに基づいて円形アパーチャ２１８やスリットアパーチャ２２０の開口を制御しつつ、レーザ照射する。調整ゾーンは、オプチカルゾーンから円形アパーチャ２１８の開口領域を順次変えていきながらレーザビームのスキャンを重ね合わせることにより形成される。
【００２９】
以上のような調整ゾーンの形成方法を使用し、本発明者らが模型眼をアブレーションした結果、及び人眼のアブレーションをシュミレーションした結果とも、従来の方法に比べて、急激に曲率が変化する部分（範囲）が少なくなっていることが確認にされた。上記の方法は、調整ゾーンの周辺付近で曲率変化の急激な部分がやや生じるようになるが、矯正量を確保するオプチカルゾーン付近では、急激に曲率が変化する部分が少なくなる。調整ゾーンの周辺まで瞳孔が開くことがなければ、夜間視におけるグレアやハローの発生が生じにくくなる。
【００３０】
なお、図２に示した角膜手術装置２００のレーザ照射光学系は、円形アパーチャ２１８、スリットアパーチャ２２０を用いた構成としたが、小スポットに形成されたレーザビームをガルバノミラー等のスキャニング光学系により走査しながらアブレーションするタイプの装置であっても良い。この種のレーザ照射光学系の場合には、柱面矯正時の弱主経線方向の調整ゾーン幅Ｔｗを大きく取ることができるので、弱主経線方向の急激な曲率変化をより抑えることが可能になる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡易的に方法により、切除領域内で急激に曲率が変化する部分を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る角膜手術装置システムの構成ブロック図である。
【図２】角膜手術装置のレーザ導光光学系及び制御系の構成を説明する図である。
【図３】近視の球面矯正における調整ゾーンの形成を説明する図である。
【図４】図３の各矯正量の積算により求められる全体の矯正量の図である。
【図５】各分割パワーに対して求められる切除量の図である。
【図６】近視の柱面矯正における調整ゾーンの形成を説明する図である。
【図７】演算装置の表示部に表示される画面例の図である。
【図８】調整ゾーンの切除カーブの変更方法を説明する図である。
【図９】矯正量を複数のステージに分割する、従来の方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１００　角膜形状測定装置
１５０　演算装置
１５１　演算装置
１５２　入力部
１５３　表示部
１５４　データ出力部
２００　角膜手術装置
２０９　コンピュータ
２１０　レーザ光源
２１８　円形アパーチャ
２２０　スリットアパーチャ
２５０　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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【図８】
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【図９】
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