(57)【要約】【課題】血液ポンプシステムに用いられるコントローラ内のプロセッサの負荷を軽減し、ハードウエアの性能を抑えた人工心臓ポンプシステムを提供する。【解決手段】体内に埋め込まれる血液ポンプからのデータを収集するとともに、血液ポンプの稼動状態を制御する人口心臓ポンプシステムであり、特に、システム全体を制御する制御装置（コントローラ）は、血液ポンプの稼動状態を予め設定した条件で行うように制御する制御用プロセッサと、血液ポンプの稼動状態及び稼動条件を表示する表示部を制御する監視用プロセッサを独立して備えている。これにより、一つのプロセッサの負荷が軽減し、ハードウエアとしては安価なものを利用することが可能となる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体内に埋め込まれる血液ポンプと、体外に携帯して配置される前記血液ポンプを制御する制御装置を備えた人工心臓ポンプシステムにおいて、
前記制御装置は、前記血液ポンプの稼動状態を予め設定した条件で行うように制御する制御用プロセッサと、前記血液ポンプの稼動状態及び稼動条件を表示する表示部を制御する監視用プロセッサを独立して備えることを特徴とする人工心臓ポンプシステム。
【請求項２】
前記制御用プロセッサと前記監視用プロセッサは相互に接続されており、一方のプロセッサが停止状態にあるときは、他方のプロセッサが前記一方のプロセッサにリセット信号を送って稼動状態に復帰させることを特徴とする請求項１に記載の人工心臓ポンプシステム。
【請求項３】
前記監視用プロセッサは、前記血液ポンプの稼動状態を記憶するメモリ装置を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の人工心臓ポンプシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記血液ポンプの稼動条件の設定を変更するための設定変更指示部を備えており、
前記監視用プロセッサは、前記設定変更指示部からの指令を、前記制御用プロセッサに伝達し、前記制御用プロセッサは、前記指令を受けて前記血液ポンプの稼動条件の設定変更を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の人工心臓ポンプシステム。
【請求項５】
インペラ内蔵型血液ポンプのインペラの浮上位置を制御する磁気浮上制御回路と、インペラの回転数を制御するモータ駆動回路と、
前記磁気浮上制御回路及び前記モータ駆動回路を制御する制御用プロセッサと、
前記血液ポンプの稼動条件及び稼動状態を表示する液晶表示部と、
前記血液ポンプの稼動状態の異常を表示する異常表示部と、
前記血液ポンプの稼動条件及び稼動状態を記憶するメモリ装置と、
前記液晶表示部、前記異常表示部及び前記メモリ装置を制御する監視用プロセッサを備え、
前記制御用プロセッサと前記監視用プロセッサは相互に接続されて連携動作することを特徴とする人工心臓ポンプシステム用制御装置。
【請求項６】
前記制御用プロセッサと前記監視用プロセッサは、一方のプロセッサが停止状態にあるときは、他方のプロセッサが前記一方のプロセッサにリセット信号を送って稼動状態に復帰させることを特徴とする請求項５に記載の人工心臓ポンプシステム用制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記血液ポンプの稼動条件の設定を変更するための設定変更指示部を備えており、
前記監視用プロセッサは、前記設定変更指示部からの指令を、前記制御用プロセッサに伝達し、前記制御用プロセッサは、前記指令を受けて前記血液ポンプの稼動条件の設定変更を行うことを特徴とする請求項５または６に記載の人工心臓ポンプシステム用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工心臓ポンプシステム及びそれに利用される制御装置（コントローラ）に関し、特に、制御装置内のプロセッサを複数設け、一つのプロセッサにかかる負荷を軽減させたコントローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の補助人工心臓システムにおいては、人工心臓に用いられる血液ポンプ本体とコントローラの互換性を持たせるために、インペラ（羽根車）の浮上位置を判別するセンサ回路をポンプ本体に内蔵させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、人工心臓や人工心肺などに用いられ、生体心をバイパス接続して補助あるいは完全置換する血液ポンプの制御方法として、血液ポンプに流れる電流を一定に制御することにより圧力負荷の変動に対して血液ポンプの流量変化を小さく抑えるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
また、人工心肺装置に使用される血液ポンプの制御装置であって、血液ポンプ装置のモータに流れる電流とモータ回転数及び吐出流量の関係を予め記憶しておき、コントローラ内のプロセッサ（ＣＰＵ）からの指令に基づいて、モータの電流量制御、インペラの浮上位置制御、インペラの回転トルク制御、液体粘度の算出等を行う遠心式血液ポンプ装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のコントローラは、プロセッサを保有せずに、すべてアナログ回路で行っている。また、特許文献２に記載のコントローラでは、プロセッサを含んではいるが、プロセッサによる制御はモニタだけであり、モータや軸受の制御はアナログ回路で行っている。また、特許文献３に記載の遠心式液体ポンプ装置に用いられるコントローラは、液体ポンプ及び表示手段に対する全ての制御を１つのＣＰＵ（プロセッサ）で行っている。
【０００５】
図４は、従来の携帯用人工心臓ポンプシステムの例を示したものである。この人工心臓ポンプシステムでは内部にインペラを有する遠心式回転血液ポンプ５０が人間の体の中に埋め込まれている。そして、コントローラ５１とこれに電力を供給する２個のバッテリ５２と５３が外部に携帯して保持される。コントローラ５１にはユーザインターフェイス用の表示部５４が設けられている。
血液ポンプ５０は皮膚を貫通するケーブル５５により、携帯するコントローラ５１に接続されている。
【０００６】
図５は、従来の人工心臓ポンプシステムに普通に使用されている、コントローラの内部構成を示すブロック構成図である。この人工心臓ポンプシステムは、人体内に埋め込まれた血液ポンプ１００（図４の血液ポンプ５０に対応）と、この血液ポンプ１００の稼動状態を制御するコントローラ１０１（図４のコントローラ５１に対応）及びコントローラ１０１の電源回路に電力を供給するためのバッテリ１０２（図４のバッテリ５２、５３に対応）から構成される。
【０００７】
そして、コントローラ１０１は、コントローラ全体の制御を司るプロセッサ１０３と、血液ポンプ１００の稼動状態の監視データ及び血液ポンプの稼動条件等を保存するメモリ装置１０４と、血液ポンプ１００を構成するインペラを磁気的に浮上制御させる磁気浮上制御回路１０５と、インペラを回転させるモータを駆動制御するモータ駆動回路１０６と、プロセッサ１０３、メモリ装置１０４、磁気浮上制御回路１０５、モータ駆動回路１０６に電力を供給する電源回路１０７と、血液ポンプのインペラの回転数、血液の流量、または吐出圧力等を表示する液晶表示部（ＬＣＤ）１０８と、血液ポンプ及び前記コントローラの動作が正常か異常かを表示するＬＥＤ発光素子１０９と、血液ポンプ及び前記コントローラの異常を知らせるブザー１１０と、プロセッサ１０３に対して血液ポンプの稼動の変更を指示する指示ボタン１１１を備えている。
【０００８】
以下、図５に示される従来の人工心臓ポンプシステムの動作を説明する。血液ポンプ１００内に設けられるインペラ（羽根車）は磁気浮上制御回路１０５によって磁気的に浮上されるように制御され、かつモータ駆動回路１０６により安定な回転数で回転するように制御される。このインペラを回転させるモータの回転数は、患者の血液の粘度や吐出流量等を勘案して医師が設定するものであるが、通常は１８００ｒｐｍ〜２２００ｒｐｍ程度とされている。
【０００９】
また、プロセッサ１０３は、磁気浮上制御回路１０５及びモータ駆動回路１０６から信号を受け取り、メモリ装置１０４に必要な情報を記憶させるとともに、液晶表示装置（ＬＣＤ）１０８にその血液ポンプ１００の稼動状態を表示する。このＬＣＤ１０８の表示内容は、インペラの回転数、血液の流量、及び血液ポンプの吐出圧力等である。
【００１０】
更に、プロセッサ１０３は、血液ポンプ１００の異常を検出した場合にＬＥＤ発光素子１０９の表示色を緑から赤に変更するとともに、ブザー１１０を作動させて警報音を発生させる。また、メモリ装置１０４には、血液ポンプ１００の稼動状態が記録されるのみならず、予め血液ポンプを稼動させる条件設定が記憶されており、プロセッサ１０３はこのメモリ装置１０４に記憶されている設定値を読み込んで、血液ポンプ１００の稼動状態を制御するようにしている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３２７５９５号公報
【特許文献２】特開平９−５６８１２号公報
【特許文献３】特開平１１−７６３９４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す従来の人工心臓ポンプシステムでは、コントローラ１０１が保有するプロセッサ１０３は、ただ一つである。このため、コントローラ１０１内の処理の全てをプロセッサ１０３が行なわなければならない。
すなわち、プロセッサ１０３は、ポンプ１００の磁気浮上制御、モータ回転数制御、データ保存処理、データ表示処理、アラーム鳴動処理などを全て行なわなければならない。
【００１３】
このことは、プロセッサ１０３に対して非常に重い負荷を要求することになり、それを全部実行できる性能を持つ高性能のプロセッサを搭載しなければならないことを意味する。つまり、プロセッサに対する高いコストを要求することでもある。
【００１４】
また、このように全ての処理を１つのプロセッサ１０３で行なう場合、プロセッサ１０３上で動作するソフトウエアも複雑なものとなり、このため、生産性・保守性が低下し、それらの確保のためには多大なコストが要求される。
【００１５】
更に、何らかのトラブルが元でこのプロセッサ１０３が停止した場合、コントローラ１０１は、上記全ての処理を継続できなくなる。こうなると、コントローラ１０１は、機能を停止して、警報を発することもできなくなる虞がでてくる。
人工心臓ポンプシステムにおいては、ポンプの動作を安全に継続させることがもっとも重要であり、シングルプロセッサを用いる上記従来の人工心臓ポンプシステムは、セキュリティーを確保するためにもより高性能のプロセッサを用意する必要があった。
【００１６】
本発明は、上記問題点を解決するため、制御系と表示系で２つのプロセッサを設け、各プロセッサの行う処理を軽減させることにより、複雑なソフトウエアを不要とするとともに、ハードウエアの性能を特別に高度なものとする必要がない人工心臓用ポンプシステムのコントローラを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し本発明の目的を達成するため、本発明の人工心臓ポンプシステムは、体内に埋め込まれる血液ポンプと、体外に携帯して配置される血液ポンプを制御する制御装置（コントローラ）を備え、この制御装置は、血液ポンプの稼動状態を予め設定した条件で行うように制御する制御用プロセッサと、血液ポンプの稼動状態及び稼動条件を表示する表示部を制御する監視用プロセッサを独立して備えることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の好ましい形態としては、制御装置が具備する制御用プロセッサと監視用プロセッサは相互に接続されており、一方のプロセッサが停止状態にあるときは、他方のプロセッサがもう一方のプロセッサにリセット信号を送って稼動状態に復帰させることを特徴とするものである。
【００１９】
更に、本発明の好ましい形態としては、血液ポンプの稼動状態を記憶するメモリ装置を備えており、監視用プロセッサによってこのメモリ装置が制御されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の好ましい形態としては、制御装置は、血液ポンプの稼動条件の設定を変更するための設定変更指示部を備えており、この設定変更指示部からの指令を監視用プロセッサが受け取り、これを制御用プロセッサに渡すことにより、制御用プロセッサが血液ポンプの稼動条件の設定変更を行うことを特徴とする。
【００２１】
更に、本発明の人工心臓ポンプシステムに用いられる制御装置（コントローラ）は、インペラ内蔵型血液ポンプのインペラの浮上位置を制御する磁気浮上制御回路と、インペラの回転数を制御するモータ駆動回路と、この磁気浮上制御回路及びモータ駆動回路を制御する制御用プロセッサと、血液ポンプの稼動条件及び稼動状態を表示する液晶表示部と、血液ポンプの稼動状態の異常を表示する異常表示部と、血液ポンプの稼動条件及び稼動状態を記憶するメモリ装置と、これら液晶表示部、異常表示部及びメモリ装置を制御する監視用プロセッサとを備え、制御用プロセッサと監視用プロセッサは相互に接続されて連携動作することを特徴とする。
【００２２】
本発明の人工心臓ポンプシステム及びそれに用いられる制御装置（コントローラ）によれば、制御装置の中枢部として機能するプロセッサを制御系と表示系に分けて複数設け、１つのプロセッサが行う処理を軽減させたので、各プロセッサのソフトウエアの複雑度を低減できる。そして、制御装置に搭載するプロセッサを安価に抑えることができる。
【００２３】
更に、プロセッサを複数搭載することにより、１つのプロセッサが稼動停止状態になっても他のプロセッサが独立して動作を継続できるので、システム全体が停止することがなく、安全対策上も有効である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のマルチプロセッサを用いた人工心臓ポンプシステムの実施の形態を示すブロック構成図である。この人工心臓ポンプシステムは、コントローラ（制御装置）１と血液ポンプ２とバッテリ３より構成される。
【００２５】
図１に示すように、コントローラ１は、血液ポンプ２及びコントローラ１内の制御系の制御を司る制御用プロセッサ４と、表示系の制御を司る監視用プロセッサ５の２つのプロセッサを備えている。そして、コントローラ１は、上記制御用プロセッサ４と監視用プロセッサ５の他に、血液ポンプ２内のインペラを磁気的に浮上させてその浮上位置を制御する磁気浮上制御回路６と、インペラを回転させるモータを駆動するモータ駆動回路７と、監視用プロセッサ５から血液ポンプ２の稼動状態を示すデータを受け取って蓄積するメモリ装置８と、これら制御用及び監視用プロセッサ４，５、磁気浮上制御回路６、モータ駆動回路７及びメモリ回路８に電力を供給する電源回路９と、血液ポンプ２のインペラの回転数、血液の流量、または吐出圧力等を表示する液晶表示部（ＬＣＤ）１０と、血液ポンプ２及びコントローラ１の動作が正常かどうかを表示する異常表示手段としての発光素子（ＬＥＤ）１１と、血液ポンプ２及びコントローラ１の異常を知らせる異常報知手段としてのブザー１２と、監視用プロセッサ５に対して血液ポンプ２の稼動の変更を指示する指示ボタン１３から構成される。
図１において、細い実線は制御信号、点線はデータ信号の流れを示し、太い実線は電力の供給を示している。
【００２６】
以下、図１に示す本発明の実施の形態の例の動作を説明する。本例においては、制御用プロセッサ４と監視用プロセッサ５は互いに連携をとり、お互いの負荷を軽減させるように動作する。すなわち、制御用プロセッサ４は、図１の細い実線矢印に示すように、磁気浮上制御回路６及びモータ駆動回路７を制御して、血液ポンプ２内のインペラの磁気浮上位置を制御するとともに、インペラを駆動するモータの回転を制御する。
【００２７】
一方、血液ポンプ２内のインペラの浮上位置データは不図示の検出器で検出されて、磁気浮上制御回路６を経て制御用プロセッサ４と監視用プロセッサ５に供給される。また、モータの回転数を検出したデータ信号もモータ駆動回路７を介して制御用プロセッサ４と監視用プロセッサ５に供給される。
【００２８】
制御用プロセッサ４は、上述したような血液ポンプ２からの稼動状態の検出信号を受けて、磁気浮上制御回路６及びモータ駆動回路７を制御する。そして、監視用プロセッサ５は、上記血液ポンプ２の稼動状態を表すデータ信号を、メモリ装置８に常時記憶するとともに、液晶表示装置（ＬＣＤ）１０に表示する。このＬＣＤ１０に表示される内容は、ユーザである患者に応じて適宜設定することが可能であるが、設定吐出流量と実行吐出流量、設定吐出圧力と実行吐出圧力、血液の温度、血液の粘度、インペラの回転数等が考えられる。
【００２９】
また、血液ポンプ２に異常が生じた場合には、ユーザに異常を知らせるため、監視用プロセッサ５が異常表示手段としてのＬＥＤ１１の表示色を、例えば緑から赤色に変えるとともに、異常報知手段としてのブザー１２を作動させて警報音を発する。更に、ユーザや医師が血液ポンプ２の稼動条件等の設定を変更する場合には、変更指示のための指示ボタン１３を操作して監視用プロセッサ５に変更指示の制御信号を送る。
そして、この制御信号が、監視用プロセッサ５からメモリ装置８に送られてメモリ装置８に記憶されている設定値を書き換えるとともに、制御用プロセッサ４に送られ、磁気浮上制御回路６及びモータ駆動回路７の稼動条件を変更する。
【００３０】
次に、本発明の人工心臓ポンプシステムの動作を、図２と図３のフロー図に基づいて更に詳細に説明する。図２は、本発明システムのコントローラ１の制御用プロセッサ４の動作を説明するフロー図であり、図３は、監視用プロセッサ５の動作を説明するためのフロー図である。
【００３１】
最初に、図２のフロー図に基づいて、制御用プロセッサ４の動作を説明する。まず、制御用プロセッサ４により磁気浮上制御回路６から磁気浮上データが取得される（ステップＳ１）。制御用プロセッサ４はこの取得したデータに基づいて血液ポンプ２内のインペラの浮上状態を制御するための制御出力を算出し（ステップＳ２）、これを磁気浮上制御回路６に出力する（ステップＳ３）。このステップＳ１からステップＳ３まででインペラの磁気浮上制御が完了する。
【００３２】
次に、制御用プロセッサ４において、モータ駆動回路７からモータの回転数データが取得される（ステップＳ４）。制御用プロセッサ４は、この取得したデータに基づいてモータの回転数を制御するための制御データを算出し（ステップＳ５）、これをモータ駆動回路７に供給する（ステップＳ６）。このステップＳ４からステップＳ６まででモータの回転数制御が完了する。
【００３３】
インペラの磁気浮上制御及びモータの回転制御が終了すると、続いて、取得したデータに異常があるかどうかが判断される（ステップＳ７）。取得データに異常がなければ（エラーなし）、次に、監視用プロセッサ５が停止状態にあるか否かが判断される（ステップＳ８）。そして、監視用プロセッサ５が稼動状態にあれば、最初の段階のステップＳ１に戻り、再び磁気浮上データの取得サイクルに移行するが、監視用プロセッサ５が停止状態のときは、制御用プロセッサ４から監視用プロセッサ５に制御信号（リセット信号）を送り、監視用プロセッサ５をリセットする。すなわち、稼動状態にする（ステップＳ１０）。判断ステップＳ７において、異常がある（エラー有り）と判断された場合は、エラー発生フラグをＯＮとし（ステップＳ９）、ステップＳ８に進む。
【００３４】
次に、図３のフロー図に基づいて、監視用プロセッサ５の動作を説明する。
まず、監視用プロセッサ５は取得したデータをメモリ装置８のメモリに格納する（ステップＳ１１）。続いて、ＬＣＤ１０に表示される表示データに変更があるか否かが判断される（ステップＳ１２）。表示データに変更がある場合は、データ表示の更新を行い（ステップＳ１３）、次のステップに進む。ステップＳ１１からステップＳ１３までがデータ処理ステップである。
【００３５】
判断ステップＳ１２で表示データに変更がないと判断された場合は、そのまま次のステップに進み、制御用プロセッサ４のエラー発生フラグがＯＮかどうかの確認を行う（ステップＳ１４）。そして、エラー発生フラグの確認の結果、エラーがあったか否かが判断される（ステップＳ１５）。
【００３６】
判断ステップＳ１５で、エラーがあると判断されると、ステップＳ１５以降のエラー処理フローに移行する。そして、最初に、ＬＥＤ１１の発光色を、例えば緑から赤色に変えるエラー表示を行い（ステップＳ１６）、続いて、ブザー１２を鳴動させて警報音を発生する（ステップＳ１７）。最後に、エラーデータをコントローラ１の監視用プロセッサ５を通してメモリ装置８に格納する（ステップＳ１８）。
【００３７】
判断ステップＳ１５でエラーが無いと判断された場合は、制御用プロセッサ４が停止状態にあるか否かが判断される（ステップＳ１９）。この判定の結果、制御用プロセッサ４が停止状態にある場合は、監視用プロセッサ５から制御用プロセッサ４に対してリセット信号を送信し、制御用プロセッサ４をリセット状態、すなわち稼動状態とする（ステップＳ２０）。
判断ステップＳ１９において、制御用プロセッサ４が停止状態でないと判断されれば、再びデータ処理ステップに戻る。
【００３８】
本発明の実施の形態によれば、以上説明したように、コントローラ１内に血液ポンプ２の稼動状態を制御する制御用プロセッサ４と、血液ポンプ２からの収集データの保存ないし表示を行うための監視用プロセッサ５を配置し、この二つのプロセッサを通信等で連携させるようにした。
この結果、制御用プロセッサ４は、データの表示や保存の処理とは独立してポンプのみを制御することができるため、仮に、監視用プロセッサ５がそのプロセッサ機能を停止した場合にもポンプの機能を維持することができる。
【００３９】
また、２つのプロセッサは相互に連携して相互監視を行なうことにより、制御用プロセッサ３がそのポンプ制御機能を停止した場合にも、収集データ表示及び保存のための監視用プロセッサ５が同時に停止しない限り、異常を検知することができ、異常検知をトリガとして復旧処理を実施することが可能である。すなわち、監視している相手のプロセッサが停止したことを検出した場合には、相手に対してリセット信号を送るなどして速やかに元の状態へと復帰させることが可能となる。
【００４０】
このため、人工心臓ポンプシステム全体が停止することを避けることができるとともに、収集データの表示と保存は監視用プロセッサ５に、血液ポンプ２の稼動状態の制御は制御用プロセッサ４にさせるなど、その処理を分担させることができるので、各プロセッサの負荷は軽減されることになる。
【００４１】
従って、制御用及び監視用の各プロセッサ４、５の動作安定性を向上させることができ、また、各プロセッサに比較的低機能な素子を使用することができるため、人工心臓ポンプシステム全体のコストを低額に抑えることができる。更に、制御用及び監視用のそれぞれのプロセッサに用いられるソフトウエアを小規模なものに抑えることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、補助人工心臓ポンプシステムにおいてトラブルが発生した場合にもポンプの動作を極力維持できるような信頼性の高い人工心臓ポンプシステムのコントローラが実現される。
更に、本発明によれば、プロセッサを複数個搭載することにより１つのプロセッサが停止した場合にも他のプロセッサは独立して動作を継続することができるため、システム全体が停止することが殆どなく、安全対策上も効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマルチプロセッサを用いた人工心臓ポンプシステムの実施の形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の人工心臓ポンプシステムの制御用プロセッサの動作を説明するためのフロー図である。
【図３】本発明の人工心臓ポンプシステムの監視用プロセッサの動作を説明するためのフロー図である。
【図４】従来の人工心臓ポンプシステムを人体に携帯させるときの配置関係を示す図である。
【図５】従来のシングルプロセッサを用いた人工心臓ポンプシステムを示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１、５１，１０１・・・コントローラ、２、５０，１００・・・血液ポンプ、３、５２、５３、１０２・・・バッテリ、５４・・・表示部、５５・・・皮膚貫通ケーブル、４・・・制御用プロセッサ、５・・・監視用プロセッサ、１０３・・・プロセッサ、６、１０５・・・磁気浮上制御回路、７、１０６・・・モータ駆動回路、８、１０４・・・メモリ装置、９、１０７・・・電源回路、１０、１０８・・・液晶表示装置（ＬＣＤ）、１１，１０９・・・発光素子（ＬＥＤ）、１２，１１０・・・ブザー、１３，１１１・・・ボタン（指示用）
【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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