(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気共鳴画像装置の作動中に、前記磁気共鳴画像装置を外部から遮蔽した環境内で生理的な電気信号を集め、前記生理的な電気信号を、増幅することなく前記遮蔽した環境の外側に伝送する装置であって、
非強磁性材料から造られた複数の電極と、
非強磁性材料から造られていて前記電極に連結された複数の電極導線であって、前記電極導線は前記電極導線がコイル状にならない程度に可撓性の巻きつけ材料で巻きつけられている、前記電極導線と、
を備えた、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記電極が銀、スズ、金、炭素、白金、イリジウム、銀―塩化銀、電気伝導性プラスチック、炭化プラスチックもしくは炭素ファイバの組合せ材料からなる一群から選択された材料で製造される、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記電極が皮下針、硬膜下皮質の電極、又は硬膜下深度電極である、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記電極導線が銀、スズ、金、炭素、白金、イリジウム、ティンセル、ステンレス鋼、Ａｇ／ＡｇＣｌのアマルガム、又は電気伝導性プラスチック、炭化プラスチックもしくは炭素ファイバの組合せ材料からなる一群から選択された材料で製造される、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記複数の電極の各々が電極ホルダ内に配置される、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、前記電極ホルダが一つ又はそれ以上のOリングを有する形態である、装置。
【請求項７】
請求項５に記載の装置において、前記電極ホルダが可撓性の材料で造られる、装置。
【請求項８】
磁気共鳴画像装置の作動中に、前記磁気共鳴画像装置を外部から遮蔽した環境内で生理的な電気信号を集め、前記生理的な電気信号を、増幅することなく前記遮蔽した環境の外側に伝送する装置であって、
複数の電極と、
前記電極に連結された複数の増幅しない電極導線であって、前記電極導線は前記電極導線がコイル状にならない程度に可撓性の巻きつけ材料で巻きつけられ、銀、スズ、金、炭素、白金、イリジウム、ティンセル、ステンレス鋼、Ａｇ／ＡｇＣｌのアマルガム、又は電気伝導性プラスチック、炭化プラスチックもしくは炭素ファイバの組合せ材料からなる一群から選択された材料で製造される前記電極導線と、
を備え、それにより、磁気共鳴画像データに干渉することがないようにされた、装置。
【請求項９】
機能的磁気共鳴画像装置又は磁気脳画像装置が作動している間に、前記磁気共鳴画像装置を外部から遮蔽した環境内で生理的な電気信号を集め、前記生理的な電気信号を、増幅することなく前記遮蔽した環境の外側に伝送する装置であって、
可撓性の被覆材料で適所に保持されている複数の電極と、
非強磁性材料から造られていて前記電極に連結された複数の電極導線であって、前記電極導線は前記電極導線がコイル状にならない程度に可撓性の巻きつけ材料で巻きつけられている、前記電極導線と、
を備えた、装置。
【請求項１０】
磁気共鳴画像データに干渉することなく、機能的磁気共鳴画像装置の作動中に、前記機能的磁気共鳴画像装置を外部から遮蔽した環境内で前記機能的磁気共鳴画像装置の電気的データを収集し、前記電気的データを、増幅することなく前記遮蔽した環境の外側に伝送する方法であって、
前記遮蔽された環境内に配置された人体と皮膚接触させた状態で複数の電極を配置するステップと、
電極導線の一端部に前記電極を連結するステップと、
前記電極導線の第２の端部を、前記遮蔽された環境の外側に配置された増幅装置に連結するステップと、
前記電極導線がコイル状にならない程度に可撓性の巻き付け材料を前記電極導線に巻きつけるステップと、を備えている、方法。
【請求項１１】
磁気共鳴画像データに干渉することなく、機能的磁気共鳴画像装置の作動中に、前記機能的磁気共鳴画像装置を外部から遮蔽した環境内で前記機能的磁気共鳴画像装置の電気生理学的データを収集し、前記電気生理学的データを、増幅することなく前記遮蔽した環境の外側に伝送する方法であって、
非強磁性材料から造られた複数の電極を設けることと、
前記電極を非強磁性材料から造られた電極導線に連結することと、
前記電極導線がコイル状にならない程度に可撓性の巻きつけ材料を前記電極導線に巻きつけることと、
を備えている、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の相互参照】
本出願は、その内容の全体を参考として引用し、本明細書に含めた、ドン・デュルソウ（Ｄｏｎ  ＤｕＲｏｕｓｓｅａｕ）により１９９８年１１月１０日付けで出願された、仮米国特許出願第６０／１０７，９１８号の優先権を主張するものである。
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、医療装置に関し、特に、機能的磁気共鳴画像（ｆＭＲＩ）装置により発生された厳しい作動環境内に配置される間、前置増幅エレクトロニクスを使用せずに、脳及び身体から不純とされていない電気信号を獲得する技術に関する。
【０００３】
【関連出願の背景】
従来のＥＥＧ、ＥＯＧ、ＥＣＧ、ＥＭＧ、及びその他の生理学的信号は、通常、接着剤又はキャップ型装置を使用して頭蓋及び身体に取り付けられた個別に配置した電極を使用して記録される。これら技術の例は、サムズ（Ｓａｍｓ）ら（米国特許第４，０８５，７３９号）又はゲビンズ（Ｇｅｖｉｎｓ）ら（米国特許第４，９６７，０３８号、及び米国特許第５，０３８，７８２号）により開発されたものがある。これらの取り付け方法において、関連する電気的及び生理学的活性を獲得し且つ記録するために使用される増幅器に電極が取り付けられる。これらの増幅器装置は、皮膚との接触インピーダンスが極めて小さいことを必要とし且つＭＲＩ装置のような、他の電気的装置からの放出分による影響を極めて受け易い。かかる環境内において、従来のＥＥＧ、ＥＣＧ、又はＥＭＧ増幅器の入力段は、増幅器が最早、適正に作動し得えなくなる程度まで、磁気共鳴画像装置により発生された、極めて大きい電界及び磁界による影響を受け易い。更にこれらの増幅器装置は、殆ど常に、交流電圧源から作動され、このため、電磁干渉（ＥＭＩ）を放射し、この電磁干渉は、ｆＭＲＩ装置により獲得された解剖学的及び機能上のデータを不純にし且つこれらのデータの完全性を損なう。
【０００４】
アイビス（Ｉｖｅｓ）ら（米国特許第５，４４５，１６２号）による、ｆＭＲＩ環境内でＥＥＧ信号を集めるための従来の試みは、個別の電極を頭蓋に接着し且つ画像装置のボア内にて電気的活性度が増幅される、電池作動のアナログ前置増幅器装置を利用するものである。次に、これらの信号は、患者の近くに配置された追加的なアナログ回路によって光エネルギに変換される。厳しいｆＭＲＩ環境内に依存してあるが、これらの信号は、画像装置を望まない干渉から保護する遮蔽ルームの外部の光ファイバケーブルに沿って、遮蔽ルームの外部に配置され、また、データを集め且つ処理し得るようにＰＣに取り付けられた二次的な増幅装置まで伝送される。しかし、この光結合型の前置増幅器装置は、高価で且つ大形であり、また操作しづらい。更に、ヘッドコイル（画像装置内に配置されている）内部の寸法上の制約のため及び内部のクロック回路からの放送干渉に起因して、デジタル回路を使用できない設計のため、この装置の交流結合型の性質は、画像装置の通常の作動中に発生される遷移的信号に起因する大きい人為的欠陥の影響を受け易い。
【０００５】
【発明の概要】
本発明に従って、頭及び顔に電極を配置し且つ電気信号を獲得し、これらの電気信号を外部の増幅器装置に伝送するため弾性的なヘッドキャップ（以下、クイックキャップと称する）を使用するＥＥＧ電極の位置決め装置を提供することにより、上述した従来技術の問題点は解決される。該クイックキャップは、広範囲に亙る頭の寸法及び形状の相違に楽に適合することのできる、延伸可能な弾性的キャップ及びあご紐部分を提供する。該クイックキャップは、導電性の電解液を充填する設計とされた、複数の電極ホルダを提供する。更に、クイックキャップは、炭素又は金属導線を備える形態とすることができ、また、商業的に利用可能な任意の増幅器装置と共に相互に接続することができる、ワイヤーハーネスアセンブリを提供するものである。
【０００６】
本発明の幾つかの特定の特徴及び目的は次のものを含む。
本発明は、ｆＭＲＩ装置内で信号を獲得し且つ何ら電子的増幅を行うことなく、その信号を遮蔽された環境外に伝送することのできる、多数の電極を頭及び身体の上に迅速に取り付けるための低コストの装置を提供するものである。
【０００７】
本発明の別の目的は、ｆＭＲＩ装置からの不純な影響に対する装置の影響の受け易さを制限すると共に、遮蔽したｆＭＲＩ環境外部の信号をＰＣに取り付けられた増幅器に伝送し、電気生理学的及びその他の生理学的に相関させたデータを集め且つ処理するため、頭及び身体に配置された電極に取り付けた炭素導線を使用することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、各々が柔軟なゴム電極取り付け部内で保持され且つ炭素導線ワイヤーに接続され、生理学的及び電子的に発生された不純な影響に対する装置の影響の受け易さを制限する、スズ、金、銀−塩化銀、又は塩化銀粉末の組み合わせ又はアマルガムで出来た金属製電極を使用することである。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、生理学的及び電子的に発生された不純な影響に対する装置の影響の受け易さを更に制限するため、炭素導線と接続された炭素、炭素化プラスチック又は導電性プラスチック製電極を使用することである。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、脳又は脊髄からの信号を直接記録する一方、生理学的及び電子的に発生された不純な影響に対する装置の影響受け易さを更に制限するため炭素導線と接続されたニードル電極、埋め込み可能な深さの電極又は皮質面電極を使用することである。
【００１１】
本発明の更に別の目的は、電極を頭蓋、顔、胸又は身体の適正な位置に配置するための機構を提供することにより、眼、心臓又は筋肉から信号を獲得するため単一の電極又は電極群を使用し得るようにすることである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、酸素の摂取、呼吸、心拍、インピーダンス、動き、加速度、力に関係した信号又はその他の信号を測定するために使用される外部の変換器装置からの信号に接続し且つその信号を伝送するために単一導線又は導線群を使用することを許容することである。
【００１３】
本発明の更に別の特徴は、電極ホルダ及び電極を頭、顔及び身体の上に配置し、磁気共鳴画像装置内にある間に、人間からＥＥＧ、ＥＯＧ、ＥＭＧ、ＥＣＧ及び生理学的に相関させたその他の信号を獲得するため、分離可能な弾性的キャップ、あご紐及びワイヤーハーネス部分を提供することである。
【００１４】
本発明の上記及びその他の特徴、面及び有利な点は、添付図面に関する本発明の以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
本発明の目的及び特徴及び有利な点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【００１５】
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
図１に図示するように、本発明のｆＭＲＩに適合する電極配置装置は、弾性的織地キャップ部分１０及びあご紐部分１１を備えており、その双方は、バージニア州、ゴードンビル、１３４４１リバティレーンのリバティファブリックス（Ｌｉｂｅｒｔｙ  Ｆａｂｒｉｃｓ）が製造する型式ＮＯ．９６１７５黒−０９０００のような複合的なライクラ−スパンデックス（Ｌｙｃｒａ−Ｓｐａｎｄｅｘ）（登録商標名）材料で作られることが好ましい。複数の電極ホルダ２０ａ乃至２０ｎが弾性的キャップ部分１０に取り付けられている。「ｎ」という符号は、その数が所望の電極の数に対応することを意味する。例えば、典型的な用途において、ｎは１乃至１０２４の範囲とすることができる。また、図１において、本発明の複数の導線１３は、ハーネスアセンブリ１４を形成する。該導線は、任意の非鉄磁気導電性材料で作ることができるが、炭素で出来たものであることが好ましい。導線は、可動性の巻き付け材料（図示せず）により群として巻き且つ電極ホルダ２０ａ−ｎ内に保持された電極（図示せず）から伸びて頭から離れ、３Ｍインコーポレーテッドが製造するＣＨＧシリーズ４０ピンコネクタ（図示せず）のようなコネクタにて終わるようにする。この可撓性の巻き部分（図示せず）は、ＭＲＩ装置環境内にある間に、ワイヤーがコイル状になることができず、導線ワイヤー材料の加熱を防止することを確実にするために使用される。
【００１６】
図２Ａ乃至２Ｄに図示するように、電極ホルダ２０は、化合物Ｌ−５０９９のような成形した医療等級ＥＰＤＭゴムの単一体にて作ることが好ましい。電極ホルダ２０は、中央穴部分２１を提供し、この中央穴部分は中央ウェル部分２２へのアクセスを許容し且つ頭蓋面に押し付けられる。中央ウェル部分２２を充填し、外皮表面からの電気信号を電極ホルダ２０の中央ウェル部分２２内に配置されたリッジ部分２３に載る電極（図示せず）に伝送する架橋部分を形成し得るように電解液を中央穴２１を通じて射出する。頂部付近の電極ホルダ２０の側にて、電極（図示せず）の導線取り付け部分が電極ホルダから伸びる箇所に穴２４が存在する。電極ホルダ２０の外側部分には、引込み部２５が存在し、電極ホルダを弾性的なキャップ織地１０を通じて押したとき、この引込み部内にて２つのＯリング２５を使用してキャップ１０の弾性的な織地を上方及び下方から保持する。
【００１７】
図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、本発明の電極３０は、中央孔３２を備えた円板部分３１を有する。電極３０は、また導線取付部３３を含む。導線取付部３３は、円板部分３１から外方へ伸長し、通路３４を提供する。そのような通路３４は、ドリル加工又は他の機構により作られ得る。ドリル加工の通路３４は、導線１３が通る開口を提供し、導線１３上へ取付部３３をかしめることにより導線が電極３０へ取付けられる。
【００１８】
典型的な組立ての順序において、Ｏ−リングが導線１３上へはめられる。電極３０は、電極ホルダー２０の中央縦穴部分２２へ挿入され、正しい位置を確実にするため隆起部分２３上へ載置される。電極ホルダーは、弾性織物キャップの釦穴又はその他の開口を通り挿入され、織物上の１又は複数のＯ−リングを位置決めすることにより固定される。導線１３は、通路３４内へ置かれ、取付部３３が導線上へかしめられる。
【００１９】
本発明の好ましい電極の別の実施例が図４Ａ乃至図４Ｆに示され、それらにおいて、典型的な椀形状の電極４０が金属（例えば、Specialized Labratory Equipment, 232 Selsdon Rd. South Croydon Surrey, UK, PN:BO196/02により製造された金属)又は導電性プラスチック４１（例えば、Plastics One, 6591 Merriman Rd., S.W., Roanoke, VA, PN:36562により製造されたもの）により構成され得る。典型的な金属電極において、中央孔４３は、皮膚表面への電解質の注入を許すように存在する。加えて、縦穴部分４４が設けられ電解質を電極表面に接触して保持する。典型的な導電性プラスチック電極４１において、皮膚表面への電解質の注入を許すように、中央孔４５が存在する。再び縦穴部分４６が設けられ、電解質を電極表面に接触して保持する。電極４０及び４１の両方の形式は、本発明の電極ホルダー２０内に容易に担持され得る。
【００２０】
本発明の好ましい電極の別の実施例が図５Ａ乃至図５Ｄに示され、それらにおいて、導電性プラスチック電極５０（例えば、Select Engineering Inc., 260 Lunenburg St., Fitchburg, MA, PN:SRT-3001/LP/0.06により製造されたもの）及び炭素電極５１（例えば、Select Engineering Inc., 260 Lunenburg St., Fitchburg, MA, PN:SRT-3001/CF/40により製造されたもの）が示される。両方の場合において、電極材料の非金属の性質は、電極をＭＲＩ（磁気共鳴画像法）環境に存在する誘引電流、並びにＭＲＩ装置内の人体の運動により生じるその他の生理学的人工産物に影響されないようにする。導電性プラスチック電極５０上に導線取付手段５２がある。導線取付手段５２は、炭素導線１３を導電性プラスチック電極５０へ取付けるために導電性エポキシ（例えばEPO-TEK E2101）が使用される表面を提供する。炭素電極５１上に縦穴部分５３がある。縦穴部分５３は、電解質を電極表面に接触して保持する。導線１３は、電極取付点５４で導電性エポキシの使用により炭素電極５１へ取付けられる。導電性プラスチック電極５０及び炭素電極５１の両方は、本発明の電極ホルダー２０内に担持される。
【００２１】
本発明の好ましい電極の別の実施例が図６に示される。図６において、移植可能な深度電極集合体６０（例えばAD-Tech mdical Instrument Corp., 1901 William St., Racine, WI, PN:SP-10Pにより製造されたもの）が使用される。この実施例の移植可能な深度電極集合体６０は、１０個の別個の電極６１ａ−ｊを含む。電極６１ａ−ｊの各々は、脳の異なる領域から信号を取得する。深度電極集合体６０は、脳の多数の深度の領域から同時に電気信号を収集するように、患者の皮層に置かれ得る。深度電極集合体６０は、本発明の電極ホルダー２０内に担持されないが、導線ハーネス集合体１４が深度電極集合体接続機構６２へ直接的に連結する。
【００２２】
本発明の好適電極の別の実施例が図７に示されている。そこでは、硬膜下皮質表面電極の集合体すなわち集合体７０（１９０１  Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｓｔ．，Ｒａｃｉｎｅ，ＷＩ，ＰＮ：Ｔ−ＷＳ−２０のＡＤ―Ｔｅｃｈ  医療機器会社によって製造されたものなど）が用いられる。与えられた例においては、本実施例の硬膜下皮質表面電極集合体７０は、２０個の別個の電極７１ａ−ｔを格子状パターンに配置している。各格子状パターンは脳の異なる領域からの信号を捕捉する。しかし、異なる数の電極を与えるその他の硬膜下皮質表面電極集合体も存在する。１２８までの別個の電極（図示せず）を有する格子が市場で容易に入手できるが、その他の数の電極も使用できる。硬膜下皮質表面電極集合体７０は、集合体の電極によって形成された格子状パターンの下に横たわる脳の多数の領域からの信号を集めるように、患者の毛皮質に置かれる。硬膜下皮質表面電極集合体７０は、本発明の電極ホルダ１３には支持されずに、むしろ導線ワイヤハーネス集合体１４が硬膜下皮質表面電極集合体接続装置７２に直接に接続される。
【００２３】
本発明の好適電極の別の実施例が図８に示されている。そこでは、硬膜下皮質表面電極集合体８０（１９０１  Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｓｔ．，Ｒａｃｉｎｅ，ＷＩ，ＰＮ：Ｔ−ＷＳ−８のＡＤ―Ｔｅｃｈ  医療機器会社によって製造されたものなど）が用いられる。本実施例の硬膜下皮質表面電極集合体８０は、８個の別個の電極８１ａ−ｈをストリップ状パターンに配置している。各ストリップ状パターンは脳の異なる領域からの信号を捕捉する。しかし、１から１２８までの別個の電極（図示せず）を与えるその他の硬膜下皮質表面電極集合体も、市場で容易に入手できる。硬膜下皮質表面電極集合体８０は、集合体の電極によって形成されたストリップ状パターンの下に横たわる脳の多数の領域からの信号を集めるように、患者の毛皮質に置かれる。硬膜下皮質表面電極集合体８０は、本発明の電極ホルダ１３には支持されないが、しかし集合体接続装置８２をかいして導線ワイヤハーネス集合体１４に直接に接続される。
【００２４】
動作において、組み立てられたクイックキャップ（Ｑｕｉｋ−Ｃａｐ）が患者の頭部に乗せられ、次いで適切な実施例においては、各電極ホルダが導電性溶液で満たされる。クイックキャップ（Ｑｕｉｋ−Ｃａｐ）が取り付けられる増幅器装置の入力特性によって決定される許容可能レベルまで皮膚電解液界面におけるインピーダンスを低下させるように、装着中に皮膚の多少の擦傷が要求されることがある。
【００２５】
上述したように、ＭＲＩの環境において患者のデータの収集に関連した問題が解決されうる。
この記載においては、本発明の好適実施例のみが示されかつ記載されてきたが、上述したように、本発明は様々なその他の組合せおよび環境において使用でき、また、ここに現わされた本発明の考え方の範囲内で変更または修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  個別の導線が電極ホルダ内に保持された電極（図示せず）に取り付けられた、電極ホルダ及び導線ワイヤーハーネスアセンブリを示す、本発明の一例としての実施の形態の弾性的なキャップ及びあご紐部分の側面図である。
【図２】  ２Ａは、図１の電極ホルダの断面側面図である。
２Ｂは、図２Ａの実施の形態の平面図である。
２Ｃは、図２Ａの実施の形態の側面図である。
２Ｄは、電極ホルダを図１の弾性的キャップ部分に取り付けるために使用されるゴムＯリングの平面図である。
【図３】  ３Ａは、図２Ａの電極ホルダ内で保持された、一例としての電極の図３Ｂの線Ａ−Ａに沿った断面側面図である。
３Ｂは、図３Ａの実施の形態の平面図である。
３Ｃは、図３Ａの実施の形態の側面図である。
【図４】  ４Ａは、図２Ａの一例としての電極ホルダ内で保持されたカップ形状電極の１つの代替的な実施の形態の斜視図的な平面図である。
４Ｂは、図２Ａの一例としての電極ホルダ内で保持されたカップ形状電極の１つの代替的な実施の形態の斜視図的な底面図である。
４Ｃは、図４Ａの電極の実施の形態の平面図である。
４Ｄは、図４Ａの電極の実施の形態の側面図である。
４Ｅは、図２Ａの電極ホルダ内で保持された導電性プラスチック製電極の実施の形態の代替的な実施の形態の断面図である。
４Ｆは、図４Ｅの電極の実施の形態の平面図である。
【図５】  ５Ａは、図２Ａの電極ホルダ内で保持された導電性プラスチック製電極の実施の形態の代替的な実施の形態平面図である。
５Ｂは、図５Ａの導電性プラスチック製電極の実施の形態の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
５Ｃは、図２Ａの電極ホルダ内で保持された炭素電極の実施の形態の代替的な実施の形態の平面図である。
５Ｄは、図５Ｃの炭素電極の実施の形態の線Ｃ−Ｃに沿った断面側面図である。
【図６】  本発明の炭素導線ワイヤーハーネスと共に使用される皮質深さ電極の実施の形態の代替的な実施の形態の平面図である。
【図７】  本発明の炭素導線ワイヤーハーネスと共に使用される皮質面格子電極の実施の形態の代替的な実施の形態の平面図である。
【図８】  本発明の炭素導線ワイヤーハーネスと共に使用される皮質ストリップ電極の実施の形態の代替的な実施の形態の平面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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