(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体咽頭部を通過する食品の運動情報を超音波によって体外より測定し当該食品の嚥下物性を評価するシステムであって、
前記人体咽頭部に当てられ、超音波を送波すると共に反射超音波を受波する超音波プローブと、
この超音波プローブを送受波駆動すると共に反射波を信号処理して前記人体咽頭部を通過する前記食品の運動情報をドプラ法により測定する本体と
を具備する超音波嚥下物性評価システム。
【請求項２】
前記本体は、前記運動情報として前記食品の最高流速比、平均流速比及びドプラ流速スペクトル面積比のうち少なくとも一つを測定する手段を具備する請求項１記載の超音波嚥下物性評価システム。
【請求項３】
前記本体は、前記運動情報として前記食品の最高流速比、平均流速比及びドプラ流速スペクトル面積比のうち少なくとも一つを測定すると共に該測定データと予め保持した基準データとを比較することにより前記食品の嚥下物性を評価する手段を具備する請求項１記載の超音波嚥下物性評価システム。
【請求項４】
前記本体は、前記超音波プローブをＢモードにて送受波駆動すると共に該Ｂモードによる断層像情報を生成する手段を具備する請求項１乃至３のいずれか一項記載の超音波嚥下物性評価システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、嚥下困難者にふさわしい食品か否かの判断の指標を与える嚥下物性評価システムに係り、特に、超音波を利用して食品の嚥下物性を評価する超音波嚥下物性評価システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品の物性評価法には、粘度計を用いた評価法、レオメーターを用いた評価法等が知られている。
【０００３】
例えば、特開平１１−７５７６９号公報には、食品物性評価項目に「硬さ」を利用した例が記載されている。
【０００４】
しかし、かかる例における評価は、口腔外での物性評価にすぎず、人が食べているときの物性評価を行っているわけではない。すなわち、このような評価方法は、食品を口腔外で測定しているため、食品単体の物性を評価しているにすぎず、嚥下時の物性評価を行なっているわけではない。
【０００５】
また、人が実際に食べているときの食品物性評価法として、そしゃく筋などの筋電位の測定による評価法が一般的に知られている。
【０００６】
例えば特開昭５７−４３７３０号公報及び特開平１−２７０８６５号公報には、人が実際に食べているときの食品物性を評価する方法が記載されている。
【０００７】
しかし、かかる例は、そしゃく筋の筋電位を測定することにより、そしゃく時の食品物性を評価することが主目的であり、嚥下時の物性評価をしているわけではない。すなわち、上述した例では、口腔内の食感、付着性、弾力性などのそしゃく時の評価が主目的であり、人が飲み下すときの食品物性の評価が加わっていないものである。
【０００８】
一方、人が実際に食品を飲み下したときの評価法として、食品の嚥下の様子をＸ線透視し、該透視映像をビデオカメラで収録し、嚥下機能の観察を行う評価も行なわれている。
【０００９】
しかし、かかる手法は、測定者及び被検者ともに、負担が多く、手軽には行なえない難しい技術である。またこの方法では食品の嚥下時の速度などの測定は難しい。すなわち、嚥下障害が起こっている個所の特定等を行うための観察にすぎないからである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来においては、人が嚥下する時の咽頭部における食品物性そのものを評価する手法は存在しないが、今後、嚥下困難者等にふさわしい安全な嚥下障害対応食品の開発を進展させる上で、かかる評価システムの出現が望まれるところである。
【００１１】
本発明の目的は、人が嚥下する時の咽頭部における食品物性を、超音波を利用して評価する超音波嚥下物性評価システムを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明は、人体咽頭部を通過する食品の運動情報を超音波によって体外より測定し当該食品の嚥下物性を評価するシステムであって、
前記人体咽頭部に当てられ、超音波を送波すると共に反射超音波を受波する超音波プローブと、
この超音波プローブを送受波駆動すると共に反射波を信号処理して前記人体咽頭部を通過する前記食品の運動情報をドプラ法により測定する本体とを具備する。
【００１３】
また本発明における前記本体は、前記運動情報として前記食品の最高流速比、平均流速比及びドプラ流速スペクトル面積比のうち少なくとも一つを測定する手段を具備することができる。
【００１４】
さらに本発明の前記本体は、前記運動情報として前記食品の最高流速比、平均流速比及びドプラ流速スペクトル面積比のうち少なくとも一つを測定すると共に該測定データと予め保持した基準データとを比較することにより前記食品の嚥下物性を評価する手段を具備することができる。
【００１５】
またさらに本発明の前記本体は、前記超音波プローブをＢモードにて送受波駆動すると共に該Ｂモードによる断層像情報を生成する手段を具備することができる。
【００１６】
本発明は、測定時の人体の基本姿勢として、食品を飲み込むことができる姿勢に保ち、超音波プローブを、人体咽頭部つまり喉の筋肉など食品以外の動きの影響を受け難い場所に当てることが望ましい。また食品物性の評価のためのパラメータとして、食品が人体咽頭部を嚥下する際の最高流速比、平均流速比及びドプラ流速スペクトル面積比のうち少なくとも一つを測定する。
【００１７】
本発明においては、従来のように食品の物性を生体外で機器分析するのと比べて、実際に食品を飲み下した時の当該食品の平均流速比、最高流速比、ドプラ流速スペクトル面積比の測定を行なうので、嚥下障害者向け食品の物性評価をより正確な指標として得ることができるものであり、また、個々の食品について、嚥下時の物性特性を評価することができる。さらに、嚥下困難者にふさわしい食品か否かの判断の指標となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る超音波嚥下物性評価システムの一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の超音波嚥下物性評価システムを用いて、人体咽頭部を通過する食品の運動情報を超音波ドプラ法により測定し且つ評価する実施状況を示すものである。
【００２０】
本システムは、人体Ｐの咽頭部ＮＥに当てられ、超音波を送波すると共に反射超音波を受波する超音波プローブ１０と、この超音波プローブ１０を送受波駆動すると共に反射波を信号処理して前記咽頭部を通過する前記食品の運動情報をドプラ法により測定する超音波嚥下物性評価システム本体（以下本体という）１００とからなる。また、本体１００には、必要に応じてＶＴＲ２００及びプリンタ３００が接続されている。さらに、本体１００には、超音波プローブ１０から導出されたケーブル１００Ａがコネクタ等を介して接続されている。
【００２１】
なお、一例として、被検者である人体Ｐは、椅子５００に背筋を伸ばし、つまり背中、頸部、頭部を垂直に保って座っている。椅子５００の近傍には、三脚４００Ａ及び延長ロッド４００Ｂからなるプローブ支持機構４００が置かれる。三脚４００Ａの頂部に、取付角度が任意に設定可能にして延長ロッド４００Ｂの一端部が支持され、その他端部には、本体１００から導出されたケーブル１００Ａの先端の超音波プローブ１０が取り付けられる。
【００２２】
超音波プローブ１０は、微小の超音波振動子を配列したものであり、本実施形態では、医用超音波システムで用いられる、いわゆるリニアスキャンプローブを使用する。この超音波プローブ１０は、その超音波送受波面が人体Ｐの人体咽頭部ＮＥに当てられる。一般に、超音波減衰を少なくするために超音波プローブ１０の超音波送受波面と人体咽頭部の皮膚との間にはゼリー１０Ａが塗られる。
【００２３】
ここで超音波ドプラ法の原理図を図２に示す。図２において、例えば、食道ＧＵ内を食品である移動体ＭＴが速度vで移動する。この食道ＧＵに角度θで、周波数foの超音波ビームを送受すると、移動体ＭＴの移動に基づくドプラ効果を受けて反射波は周波数fo＋ｆdとなる。 このときのｆdはドプラ偏位周波数と称され、ドプラ情報とされる。ドプラ計測装置は、ドプラ情報に基づき移動体ＭＴ等の運動情報を計算し、表示するようにしている。
【００２４】
一方、咽頭部ＮＥは、食道、気管、頸動脈が存在するが、本発明にあって超音波プローブ１０で測定するドプラ情報は、専ら食道を嚥下する食品からのものを取得するものなので、超音波プローブ１０からの送受波ビームと食道とが適格に位置決めされる必要がある。このため、食道と他の器官との峻別を行うために断層像の視野が広くとれるリニアスキャンプローブは好適である。発明者らは、超音波プローブ１０の振動子配列方向（プローブの長手方向）が、食道の伸長方向に直交し且つビーム送受波方向が食道の伸長方向に対して２０度傾くように、プローブ支持機構４００を調整して超音波プローブ１０を人体咽頭部ＮＥに当てている。
【００２５】
もっとも、食道の伸長方向に沿う方向に超音波ビームが送受されると大きいドプラ効果が現れることから、前述したビーム送受波方向の角度（２０度）にとらわれることなく、適宜変更し得るものである。また、発明者らは、パルスドプラ法を採用し且つ断層像の視野を広くとるためにリニアスキャンプローブを用いたが、他の形式のプローブとして例えばセクタスキャンプローブや頸部形状に合致した送受波面を有するプローブ又は連続波ドプラ法が適用されるプローブを用いることができる。
【００２６】
図３は、画面に現れた断層像を示しており、断層像を得るべくＢモード動作させつつ超音波プローブ１０を人体咽頭部ＮＥに当てて、画面の右に頸動脈、中央に食道及び左に気管が現れるように超音波プローブ１０と咽頭部ＮＥとの位置決めを行う。
【００２７】
図４は、図３にて位置決めしたときの超音波プローブ１０と咽頭部ＮＥとの位置関係を模式的に示している。
【００２８】
図５は、食道と超音波プローブ１０のビーム角との関係を示している。
【００２９】
一方、図６に示すように、超音波プローブ１０を一端に接続したケーブル１００Ａの他端が接続された本体１００は、超音波プローブ１０をドプラ駆動の一例としてパルスドプラ駆動する送信部１１０と、超音波プローブ１０からの受信信号を受信処理する受信部１２０とを有する。
【００３０】
また本体１００は、受信部１２０からの受信信号に断層像を得るための処理を施すＢモード処理部１３０と、受信部１２０からの受信信号に信号処理を施してドプラ評価情報を演算するドプラ評価演算部１４０とを有する。
【００３１】
さらに本体１００は、Ｂモード処理部１３０からの断層像情報とドプラ評価演算部１４０からのドプラ評価情報とを取り込み、標準ＴＶスキャンに変換するＤＳＣ（デジタル・スキャン・コンバータ）１５０と、このＤＳＣ１５０の出力を表示するモニタ１６０とからなる。
【００３２】
さらに、図７に示すように、ドプラ評価演算部１４０は、ドプラ計算部１４１、パラメータ計算部１４２、基準データ保持部１４３、比較部１４４からなる。
【００３３】
ドプラ計算部１４１は、受信部１２０からの受信信号に高速フーリエ変換処理、自己相関処理又は相互関処理等の信号処理を施してドプラ偏位周波数をはじめとしたドプラ情報を得る。
【００３４】
パラメータ計算部１４２は、ドプラ計算部１４１で計算したドプラ情報に基づき人体咽頭部を通過する食品の運動情報を示すパラメータとして、食品の最高流速比と、平均流速比と、ドプラ流速スペクトル面積比と、最高流速比と平均流速比の対比とを計算する。
【００３５】
基準データ保持部１４３は、取得過程は後述する食品の運動情報を示すパラメータの基準データとして最高流速比の基準データ、平均流速比の基準データ、ドプラ流速スペクトル面積比の基準データ、最高流速比と平均流速比との対比の基準データを保持している。
【００３６】
発明者らは、基準データ保持部１４３に保持される基準データを次のようにして取得した。この基準データは、食品が嚥下する際に実際に測定された運動情報と比較されて食品の嚥下物性を評価するためのデータである。発明者らは、既に医療機関等で適不適の評価が定まっている複数の食品の嚥下時の運動情報を測定し、適とされている食品と不適とされている食品との峻別を、測定した運動情報の値で境界付けすることを試みたものである。
【００３７】
医療機関等で不適と評価されている食品試料としては、水やウーロン茶等の無調整液体と、砕０．８％寒天（砕０．８％の茶寒天をスプーンでクラッシュしたもの）とを使用した。
【００３８】
医療機関等で適と評価されている食品試料としては、砕２．０％ゼラチンゼリー（砕２．０％の茶ゼラチンゼリーをスプーンでクラッシュしたもの）と、ヨーグルトと、そしゃく５分粥（そしゃく回数１０）と、プリン（市販のカッププリンを舌で５回押し潰したもの）と、そしゃく全粥（そしゃく回数１０）と、トロミ付き液体（カスタードクリーム状にしたウーロン茶）とを使用した。
【００３９】
これら８種の食品を、実際に被検者に嚥下してもらい且つ本システムにより食品の運動情報を示すパラメータである最高流速比と、平均流速比と、ドプラ流速スペクトル面積比とを計算した。
【００４０】
また、測定条件としては、摂取する食品は一回に飲み下す量を一定量にして飲み下すものとする。測定場所（超音波プローブの当て位置）は下咽頭部（喉頭蓋から食道部）が喉の筋肉など他の動きの影響を受け難く、測定が至便である。超音波プローブの当て方は、水平に対する角度を固定して、鎖骨のすぐ上部分が望ましい。
【００４１】
このときＢモードで画面上の右に頸動脈、中央に食道、左に気管がくるように、超音波プローブの向き及び位置を調整することが望ましい（図３〜図５を参照）。さらに空嚥下（何も口にしない状態での嚥下）において測定の妨害になるドプラ流速スペクトルが無いことを測定毎に確認することが望ましい。
【００４２】
図８は本システムで測定される、ドプラ流速スペクトルを示しており、縦軸が速度、横軸が時間である。またスペクトルには、各速度の食品粒子数を明るさで示している。従って、図９に示すように、ドプラ情報は輝度と速度とで規定される図形でも示される。
【００４３】
図１０に示すように、最高流速比は、１回の嚥下における最高流速又はその指標となる速度を求め、水の値との比で表している。図１０によると、医療機関等で不適と評価されている無調整液体は１．０、砕０．８％寒天は０．７５であり、医療機関等で適と評価されている砕２．０％ゼラチンゼリー、ヨーグルト、そしゃく５分粥、プリン、そしゃく全粥及びトロミ付き液体は、いずれも０．７５を超えない値であり、しかも０．７５の食品を境に各食品の値には顕著な差があると認められた。よって、発明者らは、最高流速比が０．７５を超える値の食品は、嚥下に好ましくない物性を有するものと判断した。
【００４４】
図１１に示すように、平均流速比は、１回の嚥下における平均流速又はその指標となる速度を求め、水の値との比で表している。図１１によると、医療機関等で不適と評価されている無調整液体は１．０、砕０．８％寒天は０．７５であり、医療機関等で適と評価されている砕２．０％ゼラチンゼリー、ヨーグルト、そしゃく５分粥、プリン、そしゃく全粥及びトロミ付き液体は、いずれも０．７５を超えない値であり、しかも０．７５の食品を境に各食品の値には顕著な差があると認められた。
【００４５】
よって、発明者らは、平均流速比が０．７５を超える値の食品は、嚥下に好ましくない物性を有するものと判断した。
【００４６】
図１２に示すように、ドプラ流速スペクトル面積比は、得られたドプラ流速スペクトルの面積をピクセル数をカウントすること等により求め、水との比で表している。図１２によると、医療機関等で不適と評価されている無調整液体は１．０、砕０．８％寒天は０．９５であり、医療機関等で適と評価されている砕２．０％ゼラチンゼリー、ヨーグルト、そしゃく５分粥、プリン、そしゃく全粥及びトロミ付き液体は、いずれも０．９５を超えない値であり、しかも０．９５の食品を境に各食品の値には顕著な差があると認められた。
【００４７】
よって、発明者らは、ドプラ流速スペクトル面積比が０．９５を超える値の食品は、嚥下に好ましくない物性を有するものと判断した。
【００４８】
嚥下に好ましい食品の物性とは、食品が咽頭部をゆっくりまとまって通過することであり、本発明により測定されるパラメーターが、前述した値を超える値であると、嚥下に好ましくない物性を有する食品であることがわかった。
【００４９】
さらに、発明者らは、各パラメータの対比を検討した。
【００５０】
先ず、食品毎の最高流速比と平均流速比との対比を検討した。図１３に示すように、医療機関等で不適と評価されている無調整液体及び砕０．８％寒天と、医療機関等で適と評価されている砕２．０％ゼラチンゼリー、ヨーグルト、そしゃく５分粥、プリン、そしゃく全粥及びトロミ付き液体とは、分布領域が異なると判断することができる。図示の斜線部領域に位置する食品は、嚥下物性が好ましくないと判断できる。
【００５１】
次に、食品毎の平均流速比とドプラ流速スペクトル面積比との対比を検討した。図１４に示すように、医療機関等で不適と評価されている無調整液体及び砕０．８％寒天と、医療機関等で適と評価されている砕２．０％ゼラチンゼリー、ヨーグルト、そしゃく５分粥、プリン、そしゃく全粥及びトロミ付き液体とは、分布領域が異なると判断することができる。図示の斜線部領域に位置する食品は、嚥下物性が好ましくないと判断できる。
【００５２】
次に、食品毎の最高流速比とドプラ流速スペクトル面積比との対比を検討した。図１５に示すように、医療機関等で不適と評価されている無調整液体及び砕０．８％寒天と、医療機関等で適と評価されている砕２．０％ゼラチンゼリー、ヨーグルト、そしゃく５分粥、プリン、そしゃく全粥及びトロミ付き液体とは、分布領域が異なると判断することができる。図示の斜線部領域に位置する食品は、嚥下物性が好ましくないと判断できる。
【００５３】
上述し且つ図１０〜図１３で示した嚥下物性の判断基準であるデータが、図７に示す基準データ保持部１４３に予め保持されている。なお、図１３〜図１５に示した各パラメータの対比のうちで、基準データ保持部１４３には、図１３に示す最高流速比と平均流速比との対比だけを基準データとして保持したが、多くの比較を行う場合には、図１４及び図１５に示すパラメータの対比を保持することもできる。
【００５４】
次に上記のように構成された本実施形態のシステムの動作を図１６を参照して説明する。図１６に示すように、ステップＳ１として、プローブの位置決めを行う。すなわち、先に図示し且つ述べたように、超音波プローブ１０と咽頭部ＮＥとの位置関係をＢモードによる断層像にて確認しながら、移動体である食品の運動情報を的確に捉えるように超音波プローブ１０を咽頭部ＮＥに当てる。
【００５５】
次に、ステップＳ２として、被検者に実際に供試食品を嚥下をしてもらう。
【００５６】
次に、ステップＳ３として、本システムによりドプラ情報の演算をし、ステップＳ４として、最高流速比、平均流速比、ドプラ流速スペクトル面積比、最高流速比と平均流速比との対比に関するパラメータを計算する。
【００５７】
次に、ステップＳ５として、比較・評価表示を行う。
【００５８】
図１７は、本システムの比較・評価表示である画面表示１６０Ａの一例を示しており、供試食品Ｆ１〜Ｆ５につき、最高流速比と、平均流速比と、ドプラ流速スペクトル面積比と、最高流速比と平均流速比との対比とを測定している。
【００５９】
ここで、最大流速比については０．７５を超える値、平均流速比についは０．７５を超える値及びドプラ流速スペクトル面積比については０．９５を超える値は嚥下に適していないとして例えば×で表示が行われる。○表示は嚥下に適していると判断された場合を示している。
【００６０】
また、画面表示１６０Ａでは、最高流速比と平均流速比との対比も行われ、上述と同様に、嚥下に適しているか否かを例えば○×で表示が行われる。
【００６１】
さらに、特定の供試食品Ｆ１についてドプラ流速スペクトル等が表示される。
なお、斜線部は、測定データが基準データに適さないことを示している。
【００６２】
以上のように本実施形態によれば、頸部を流れる食品を超音波パルスドプラ法により直接咽頭部を流れる食品の最高流速比、平均流速比、ドプラ流速スペクトル面積比及び最高流速比と平均流速比との対比等のパラメータを測定し、これらと基準データとを比較することにより、従来の食品を直接測定することによって判断していた嚥下物性評価に比べて、生体内での食品の物性を安全且つ正確に評価することができる。
【００６３】
本実施形態の評価法を用いることにより、様々な食品が持つ物性について嚥下障害に適しているかの判断ができ、さらに嚥下障害者に安全な物性を持つ食品を提供することができ、もって、嚥下障害者が口から食べる喜びを与え、ＱＯＬ（Quality Of Life:生活の質）の向上に貢献するものである。
【００６４】
なお、上述した本実施形態のシステムの例では、パラメータとして、最高流速比、平均流速比、ドプラ流速スペクトル面積比、最高流速比と平均流速比との対比の４つを用いたが、これに限ることなくドプラ流速スペクトル面積比と平均流速比との対比及びドプラ流速スペクトル面積比と最高流速比との対比を用いることもできる。また、これ以外の一つ又は２以上のパラメータの組合せを用いることができる。
【００６５】
また、発明者らは、嚥下の評価に用いることができると判断した６つのパラメータのうち、特に最高流速比、平均流速比、ドプラ流速スペクトル面積比については高い評価精度を得られるものと考える。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、人体咽頭部に当てられ、超音波を送波すると共に反射超音波を受波する超音波プローブと、この超音波プローブを送受波駆動すると共に反射波を信号処理して前記人体咽頭部を通過する前記食品の運動情報をドプラ法により測定する本体とを具備したことにより、食品が嚥下する際の咽頭部における食品物性を、超音波を利用して評価する超音波嚥下物性評価システムを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波嚥下物性評価システムの一実施形態を示す概略図。
【図２】超音波ドプラ法の原理を示す図。
【図３】人体咽頭部の断層像の表示例を示す図。
【図４】本発明における人体咽頭部と超音波プローブとの関係を示す模式図。
【図５】本発明における食道と超音波ビームとの関係を示す図。
【図６】本実施形態の超音波嚥下物性評価システムの詳細なブロック図。
【図７】同実施形態におけるドプラ評価演算部の詳細なブロック図。
【図８】ドプラ情報の一波形を示す図。
【図９】ドプラ情報の一例を示す図。
【図１０】各食品毎の最高流速比を示す図。
【図１１】各食品毎の平均流速比を示す図。
【図１２】各食品毎のドプラ流速スペクトル面積比を示す図。
【図１３】各食品毎の最高流速比と平均流速比との対比を示す図。
【図１４】各食品毎の平均流速比とドプラ流速スペクトル面積比との対比を示す図。
【図１５】各食品毎の最高流速比とドプラ流速スペクトル面積比との対比を示す図。
【図１６】本システムの動作手順を示す流れ図。
【図１７】本システムの表示例を示す図。
【符号の説明】
１０…超音波プローブ、１０Ａ…ゼリー、１００…超音波嚥下物性評価システム本体、１００Ａ…ケーブル、１１０…送信部、１２０…受信部、１３０…Ｂモード処理部、１４０…ドプラ評価演算部、１４１…ドプラ計算部、１４２…パラメータ計算部、１４３…基準データ保持部、１４４…比較部、１５０…ＤＳＣ、１６０…モニタ、１６０Ａ…表示画面、２００…ＶＴＲ、３００…プリンタ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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