(57)【要約】【課題】エナメル層と象牙層との境界の鮮明な観察を簡易に行う。【解決手段】発光部２と、発光部２に対向配置される撮像部３と、撮像部３に対する発光部２の位置／角度を変化させる駆動部４と、これらを制御する制御部５とを備え、制御部５が、歯牙の画像を処理して、歯牙の輪郭に固定された原点位置を抽出する原点抽出部９と、抽出された原点位置に対して、外側測定点と内側測定点を設定する測定点設定部１０と、駆動部４により変更された発光部２の複数の位置／角度において発光部２から光を射出させたときに撮像部３により取得された各画像から、内側測定点に対する外側測定点の輝度値の比または差を算出するコントラスト算出部１１と、算出された輝度値の比または差が最も大きい位置および／または角度を選択する位置選択部１２とを備える歯牙観察装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する発光部と、
該発光部に対して間隔をあけて対向する位置に配置される撮像部と、
該撮像部に対する前記発光部の位置および／または角度を変化させる駆動部と、
前記発光部、前記撮像部および前記駆動部を制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記撮像部により撮影して取得された前記歯牙の画像を処理して、前記歯牙の輪郭に対して固定された原点位置を抽出する原点抽出部と、該原点抽出部により抽出された原点位置に対して、前記歯牙の輪郭から異なる距離に配置される外側測定点と内側測定点とを設定する測定点設定部と、前記駆動部により変更された前記発光部の複数の位置および／または角度において該発光部から光を射出させたときに前記撮像部により取得された各画像から、前記内側測定点に対する前記外側測定点の輝度値の比または差を算出するコントラスト算出部と、該コントラスト算出部により算出された輝度値の比または差が最も大きい位置および／または角度を選択する位置選択部とを備える歯牙観察装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記撮像部により取得された画像上における前記原点抽出部により抽出された原点位置の座標と、前記コントラスト算出部により算出された輝度値の比または差が最も大きくなった前記発光部の位置および／または角度の情報とを記憶する記憶部を備える請求項１に記載の歯牙観察装置。
【請求項３】
前記位置選択部は、該コントラスト算出部により算出された輝度値の比または差が最も大きくなる位置および角度に前記発光部を配置するように前記駆動部を作動させる請求項１または請求項２に記載の歯牙観察装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記原点抽出部により原点位置が新たに抽出されたときは、前記記憶部に記憶されている原点位置と新たな原点位置との差分だけ、前記記憶部に記憶されている発光部の位置から前記発光部を並進移動させるように前記駆動部を制御する請求項３に記載の歯牙観察装置。
【請求項５】
前記撮像部を前記歯牙に対して位置決めする位置決め部を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の歯牙観察装置。
【請求項６】
歯牙を挟んで対向する位置に光を射出する発光部と前記歯牙の画像を取得する撮像部とを配置して撮影するステップと、
該撮像部により取得された画像を処理して前記歯牙の輪郭に対して固定された原点位置を抽出するステップと、
抽出された原点位置に対して前記歯牙の輪郭から異なる距離に配置される外側測定点と内側測定点とを設定するステップと、
前記撮像部に対して前記発光部の位置および／または角度を異ならせて、前記撮像部により複数の画像を取得するステップと、
取得された複数の画像において、前記内側測定点に対する前記外側測定点の輝度値の比または差を算出するステップとを備える歯牙観察方法。
【請求項７】
前記原点位置の座標と、前記輝度値の比または差が最も大きくなった前記発光部の位置および／または角度の情報とを記憶するステップとを備える請求項６に記載の歯牙観察方法。
【請求項８】
算出された輝度値の比または差が最も大きくなる位置および角度に前記発光部を移動させるステップを備える請求項６または請求項７に記載の歯牙観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯牙観察装置および歯牙観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバの先端を歯牙の裏側に配置し、光ファイバから射出させた光を歯牙に透過させて、歯牙の表面側に配置したカメラによって観察する歯牙観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、歯牙のう蝕の観察においては、う蝕の進達度を診断するために、エナメル層と象牙層との境界を鮮明に観察することが重要となるが、そのための光ファイバの先端部の位置調整作業は微妙な作業となり簡易に良好な観察条件となるように設定することができないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、エナメル層と象牙層との境界の鮮明な観察を簡易に行うことの可能な撮影位置を決定することができる歯牙観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光を射出する発光部と、歯牙からの戻り光を受光する撮像部と、該撮像部に対する前記発光部の位置および／または角度を変化させる駆動部と、前記発光部、前記撮像部および前記駆動部を制御する制御部とを備え、該制御部が、前記撮像部により撮影して取得された前記歯牙の画像を処理して、前記歯牙の輪郭に対して固定された原点位置を抽出する原点抽出部と、該原点抽出部により抽出された原点位置に対して、前記歯牙の輪郭から異なる距離に配置される外側測定点と内側測定点とを設定する測定点設定部と、前記駆動部により変更された前記発光部の複数の位置および／または角度において該発光部から光を射出させたときに前記撮像部により取得された各画像から、前記内側測定点に対する前記外側測定点の輝度値の比または差を算出するコントラスト算出部と、該コントラスト算出部により算出された輝度値の比または差が最も大きい位置および／または角度を選択する位置選択部とを備える歯牙観察装置を提供する。
【０００６】
本発明によれば、歯牙に対して撮像部を固定し、発光部から光を射出させて撮像部により歯牙の画像が取得される。取得された画像は、制御部に備えられた原点抽出部により処理されることによって、歯牙に対して固定された原点位置が抽出される。抽出された原点位置に対して測定点設定部により内側測定点と外側測定点とが設定され、その後、駆動部が作動させられて発光部の位置および／または角度を変更しながら撮像部により画像が取得される。
【０００７】
そして、各画像において、内側測定点の輝度値と外側測定点の輝度値との比または差がコントラスト算出部により算出され、位置選択部によって、輝度値の比または差が最も大きくなる発光部の位置および／または角度が選択される。内側測定点と外側測定点とは、輪郭からの距離を異ならせているので、これら測定点間にエナメル層と象牙層との境界が配されるように設定しておくだけで、これら測定点間の輝度値の比または差が最も大きくなる位置および角度から光を照射することによって、エナメル層と象牙層との境界が鮮明に確認できる画像を取得することが可能となる。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、２つの測定点間の輝度値の比または差によって発光部の位置および角度を決定するので、エナメル層と象牙層との境界を、客観的に最も鮮明に確認できる撮影位置を簡易に決定することができ、う蝕の進達度等を精度よく診断することができる。
【０００９】
上記発明においては、前記制御部が、前記撮像部により取得された画像上における前記原点抽出部により抽出された原点位置の座標と、前記コントラスト算出部により算出された輝度値の比または差が最も大きくなった前記発光部の位置および／または角度の情報とを記憶する記憶部を備えていてもよい。
【００１０】
このようにすることで、歯牙観察装置を歯牙から取り外した後に、再度歯牙に取り付けて観察を行う際においても、新たに抽出された原点位置を、記憶部に記憶されている原点位置に近接させるように撮像部を配置し、記憶部に記憶されている情報に対応する位置および／または角度に発光部が配置されるように駆動部を作動させることにより、最も良好なコントラストでエナメル層と象牙層との境界を観察できる観察条件を簡易に再現することができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記位置選択部が、該コントラスト算出部により算出された輝度値の比または差が最も大きくなる位置および角度に前記発光部を配置するように前記駆動部を作動させてもよい。
このようにすることで、エナメル層と象牙層との境界を、客観的に最も鮮明に確認できる撮影位置を簡易に再現することができ、う蝕の進達度等を精度よく診断できる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記制御部が、前記原点抽出部により原点位置が新たに抽出されたときは、前記記憶部に記憶されている原点位置と新たな原点位置との差分だけ、前記記憶部に記憶されている発光部の位置から前記発光部を並進移動させるように前記駆動部を制御してもよい。
【００１３】
このようにすることで、歯牙観察装置を歯牙から取り外した後に、再度歯牙に取り付けて観察を行う際においても、新たに抽出された原点位置と記憶部に記憶されている原点位置との差分だけ、記憶部に記憶されている情報に対応する位置から発光部を並進移動させるように駆動部を作動させることにより、原点位置を一致させるように撮像部の設置調節を行うことなく、最も良好なコントラストでエナメル層と象牙層との境界を観察できる観察条件を簡易に再現することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記撮像部を前記歯牙に対して位置決めする位置決め部を備えていてもよい。
このようにすることで、歯牙観察装置を歯牙に対して付け替える都度に、過去の原点位置に近い位置に原点位置が配置されるように撮像部を設置することができ、さらに簡易に観察条件を再現することができる。
【００１５】
また、本発明は、歯牙を挟んで対向する位置に光を射出する発光部と前記歯牙の画像を取得する撮像部とを配置して撮影するステップと、該撮像部により取得された画像を処理して前記歯牙の輪郭に対して固定された原点位置を抽出するステップと、抽出された原点位置に対して前記歯牙の輪郭から異なる距離に配置される外側測定点と内側測定点とを設定するステップと、前記撮像部に対して前記発光部の位置および／または角度を異ならせて、前記撮像部により複数の画像を取得するステップと、取得された複数の画像において、前記内側測定点に対する前記外側測定点の輝度値の比または差を算出するステップとを備える歯牙観察方法を提供する。
【００１６】
上記発明においては、前記原点位置の座標と、前記輝度値の比または差が最も大きくなった前記発光部の位置および／または角度の情報とを記憶するステップとを備えていてもよい。
また、上記発明においては、算出された輝度値の比または差が最も大きくなる位置および角度に前記発光部を移動させるステップを備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エナメル層と象牙層との境界の鮮明な観察を簡易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る歯牙観察装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の歯牙観察装置の制御部を示すブロック図である。
【図３】図１の歯牙観察装置により取得された画像例を示す図である。
【図４】図３の画像において設定された外接矩形、原点および測定点をそれぞれ示す図である。
【図５】図１の歯牙観察装置において発光部を位置決めする発光部位置の例を示す図である。
【図６】図１の歯牙観察装置を用いた歯牙観察方法を説明するフローチャートである。
【図７】図１の歯牙観察装置の変形例における制御部を示すブロック図である。
【図８】図７の歯牙観察装置を用いた歯牙観察方法を説明するフローチャートである。
【図９】図８の歯牙観察方法の変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る歯牙観察装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る歯牙観察装置１は、図１に示されるように、発光部２と、該発光部２に対して間隔をあけて対向配置されるカメラ（撮像部）３と、発光部２を移動させる駆動部４と、カメラ３により撮影された画像に基づいて駆動部４を制御する制御部５と、カメラ３により取得された画像を表示するモニタ６とを備えている。
【００２０】
発光部２は、例えば、近赤外光または赤外光のような透過性の高い光を発生するＬＥＤ２ａと、該ＬＥＤ２ａからの光を導光して先端から射出させるガラスロッド２ｂとを備えている。
発光部２およびカメラ３は、操作者によって把持されるハンドル７に取り付けられている。ハンドル７には、歯牙Ａに接触させられて、歯牙Ａに対してカメラ３を位置決めする位置決め部材８が設けられている。
【００２１】
駆動部４は、ＬＥＤ２ａおよびガラスロッド２ｂをガラスロッド２ｂの光軸に交差する方向に２次元的に移動させるとともに、ガラスロッド２ｂの光軸に交差する軸線回りに揺動させるようになっている。駆動部４による発光部２の２次元的な駆動方法は、並進移動であっても回転移動であってもよい。
【００２２】
位置決め部材８によって、カメラ３を歯牙Ａに対して位置決めすると、カメラ３は、歯牙Ａに対して、図３に示されるような、歯牙Ａの輪郭を含む画像を取得できるように配置されるようになっている。
【００２３】
制御部５は、図２に示されるように、カメラ３により取得された歯牙Ａの画像を処理して原点Ｂの位置を抽出する原点抽出部９と、抽出された原点Ｂの位置に対して２つの測定点Ｃ，Ｄを設定する測定点設定部１０と、発光部２の位置を異ならせて取得した複数の画像において、２つの測定点Ｃ，Ｄの輝度値の比を算出するコントラスト算出部１１と、算出された輝度値の比に基づいて最大コントラスト位置を決定し、駆動部４により発光部２を移動させる位置選択部１２とを備えている。
【００２４】
原点抽出部９は、カメラ３により取得された画像を処理して、図４に示されるような歯牙Ａの輪郭に外接する矩形Ｅを作成し、該矩形Ｅの左上の角部を原点Ｂの位置としてその座標を抽出するようになっている。原点Ｂの位置は、左上の角部に限定されるものではなく、他の角部や重心位置等の矩形の任意の特徴位置を選択してもよい。また、矩形Ｅに代えて、円形等の他の画像を作成し、その中心等の任意の特徴位置を原点Ｂの位置として抽出してもよい。
【００２５】
測定点設定部１０は、図４に示されるように、歯牙Ａの輪郭に対して輪郭近傍に配置される外側測定点Ｃの原点Ｂの位置に対する相対座標と、該外側測定点Ｃよりも歯牙Ａの内側に間隔をあけて配置された内側測定点Ｄの原点Ｂの位置に対する相対座標とを記憶していて、原点抽出部９により原点Ｂの位置が抽出されると、その原点Ｂの位置の座標を用いて画像上にそれぞれ設定するようになっている。
【００２６】
例えば、外側測定点Ｃは輪郭から実寸で約１ｍｍの距離に配置され、内側測定点Ｄは、輪郭から実寸で約５ｍｍの位置に配置されるような座標が選択されている。このような座標を選択することにより、歯牙Ａの輪郭線の内側に間隔をあけて存在するエナメル層と象牙層との境界Ｆを挟む位置に外側測定点Ｃと内側測定点Ｄとをそれぞれ設定することができるようになっている。
【００２７】
コントラスト算出部１１は、駆動部４を作動させて、発光部２を予め設定された複数箇所に移動させる。それとともに、各位置において、発光部２を揺動させて角度を変化させることにより、歯牙Ａに対して位置および角度を異ならせた複数の方向から光を照射し、その都度、カメラ３を作動させて画像を取得させるようになっている。発光部２を移動させる位置としては、カメラ３の光軸を基準とした所定の位置に、図５に示されるように所定間隔をあけて２次元的に配列された複数点の発光部位置Ｇが設定されている（図５は図４において歯牙の背面から見た図となっている。）。
【００２８】
そして、コントラスト算出部１１は、取得された複数の画像において、それぞれ、外側測定点Ｃと内側測定点Ｄに対応する位置の画素の輝度値を抽出し、外側測定点Ｃの輝度値を内側測定点Ｄの輝度値で除算することにより輝度値の比を算出するようになっている。
位置選択部１２は、コントラスト算出部１１により算出された複数の画像における輝度値の比を比較して、最も大きな値となる発光部２の位置および角度を選択し、その位置および角度に発光部２を移動するように駆動部４を作動させるようになっている。
【００２９】
このように構成された本実施形態に係る歯牙観察装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る歯牙観察装置１を用いて歯牙Ａの観察を行うには、操作者はハンドル７を把持してハンドル７に設けられた位置決め部材８を歯牙Ａに接触させることにより、カメラ３を歯牙Ａに対して位置決めする。
このようにすることで、図１に示されるように、歯牙Ａを挟んでカメラ３と発光部２とが相互に対向する位置に配置される。
【００３０】
この状態で、図６に示されるように、制御部５は、駆動部４を作動させて発光部２を予め定められた位置に配置し、発光部２から光を射出させ、歯牙Ａを透過した光をカメラ３によって撮影させる（ステップＳ１）。これにより、カメラ３は、図３に示されるような歯牙の輪郭を含む画像を取得することができる。
【００３１】
制御部５は、カメラ３により取得された画像を原点抽出部９に送り、そこで画像処理することにより歯牙Ａの外接矩形Ｅを作成し、その左上隅を原点Ｂとしてその座標を抽出する（ステップＳ２）。
次いで、制御部５は、原点抽出部９により抽出された原点Ｂの位置の座標に基づいて、測定点設定部１０により、内側測定点Ｃと外側測定点Ｄを設定する（ステップＳ３）。
【００３２】
この状態で、制御部５は、駆動部４を作動させて、発光部２を予め設定された複数の位置Ｇに移動させる（ステップＳ４）とともに、発光部２を揺動させて複数の角度から光を歯牙Ａに照射させる。
制御部５は、発光部２が各位置Ｇにおいて各角度で光を照射させる都度に、カメラ３を作動させて歯牙Ａの画像を取得させる（ステップＳ５）。
【００３３】
取得された画像は制御部５のコントラスト算出部１１に送られ、画像上に設定されている内側測定点Ｃの輝度値と外側測定点Ｄの輝度値との比が算出される（ステップＳ６）。
算出された輝度値の比は位置選択部１２に送られ、設定された全ての発光部位置Ｇについて撮影が行われるまで、ステップＳ４からの工程が繰り返される（ステップＳ７）。
【００３４】
そして、位置選択部１２が、輝度値の比の値が最も大きい位置および角度（最大コントラスト位置）を最終的な発光部２の位置および角度として選択し、位置選択部１２は、選択された位置および角度に発光部２が移動するように、駆動部４を作動させる（ステップＳ８）。
【００３５】
そして、移動後の発光部２から光を射出して、歯牙Ａを透過した光をカメラ３により撮影する（ステップＳ９）ことにより、内側測定点Ｃと外側測定点Ｄとの輝度値の比が大きな画像、つまり、エナメル層と象牙層との境界Ｆが高いコントラストで表示された画像を取得することができる。この際、選択された位置及び角度に移動された発光部２の位置および角度を操作者が微調整を行うことが可能となっており、目的の位置に移動後にマニュアルで微調整を行うことで、より精密に画像を取得することができる。
【００３６】
このように、本実施形態に係る歯牙観察装置１によれば、従来、観察者の主観により、試行錯誤に頼って設定されていた発光部２の位置および角度を、簡易かつ客観的に設定することが可能となり、より精度の高い観察を行うことができるという利点がある。
特に、う蝕の進達度を観察する場合等に、エナメル層と象牙層との境界線Ｆが鮮明に現れた画像を用いることにより、進達度を精度よく診断することができる。
【００３７】
なお、本実施形態に係る歯牙観察装置１においては、図７に示されるように、原点抽出部９において抽出された原点位置および、位置選択部１２において選択された輝度値の比の値が最も大きくなる発光部２の位置および角度（最大コントラスト位置）を記憶する記憶部１３を備えていてもよい。
【００３８】
そして、図８に示されるように、原点抽出部９において原点位置が抽出されたときには（ステップＳ２）、位置選択部１２においては記憶部１３に原点位置の座標が記憶されているか否かを判定し（ステップＳ１０）、記憶されていない場合には、原点位置の座標を記憶部１３に記憶する（ステップＳ１１）。その後、上述したステップＳ３〜ステップＳ７を実行し、最大コントラスト位置が選択された場合には、その最大コントラスト位置を記憶部１３に記憶して、ステップＳ８およびステップＳ９を実行する。
【００３９】
一方、位置選択部１２において、記憶部１３に原点位置の座標が記憶されていると判定された場合には（ステップＳ１０）、記憶部１３に記憶されている原点位置の座標および最大コントラスト位置を呼び出す（ステップＳ１３）。そして、新たに抽出した原点位置の座標および記憶部１３から呼び出した原点位置の座標によって、記憶部１３から呼び出した最大コントラスト位置を補正する（ステップＳ１４）。
【００４０】
最大コントラスト位置の補正は、新たに抽出した原点位置の座標と記憶部１３から呼び出した原点位置の座標との差分を算出し、その差分だけ、記憶部１３から呼び出した最大コントラスト位置をシフト（並進移動）させることにより行われる。そして、補正された最大コントラスト位置へ発光部２を移動させ（ステップＳ８）、歯牙Ａの撮影を行う（ステップＳ９）。
【００４１】
これにより、新たに抽出した原点位置が、記憶部１３に記憶されていた過去の原点位置に対してずれていた場合においても、最大コントラスト位置を新たに探索する作業を行うことなく、過去の最大コントラスト位置を利用して、迅速に、エナメル層と象牙層との境界Ｆが高いコントラストで表示された画像を取得することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、測定点設定部１０が、歯牙Ａの輪郭に対して輪郭近傍に配置される外側測定点Ｃの原点Ｂの位置に対する相対座標と、該外側測定点Ｃよりも歯牙Ａの内側に間隔をあけて配置された内側測定点Ｄの原点Ｂの位置に対する相対座標とを記憶していることとしたが、これに代えて、図示しないマウスやキーボード等の入力部から操作者が画像を見ながら入力し、入力された座標を測定点として設定することにしてもよい。
【００４３】
また、本実施形態においては、位置選択部１２が、輝度値の比の値が最も大きい位置および角度（最大コントラスト位置）を最終的な発光部２の位置および角度として選択し、その後、位置選択部１２は、選択された位置および角度に発光部２が移動するように、駆動部を作動させている。しかしながら、これに代えて、図９に示されるように、位置選択部１２が、最大コントラスト位置を選択すると、ステップＳ４〜ステップＳ７の繰り返し工程中に得られた画像から、選択された最大コントラスト位置に対応する画像を取得（ステップＳ１５）してもよい。
【００４４】
また、本実施形態においては、コントラスト算出部１１において、画像上に設定されている内側測定点Ｃの輝度値と外側測定点Ｄの輝度値との比を算出し、この比を用いて、位置選択部１２が、輝度値の比の値が最も大きい位置および角度（最大コントラスト位置）を選択している。しかしながら、これに代えて、コントラスト算出部１１が内側測定点Ｃの輝度値と外側測定点Ｄの輝度値との差を算出し、この輝度値の差がもっとも大きい位置および角度を最大コントラスト位置としてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  歯牙観察装置
２  発光部
３  カメラ（撮像部）
４  駆動部
５  制御部
８  位置決め部材（位置決め部）
９  原点抽出部
１０  測定点設定部
１１  コントラスト算出部
１２  位置選択部
１３  記憶部
Ａ  歯牙
Ｂ  原点
Ｃ  外側測定点
Ｄ  内側測定点
Ｓ１  撮影するステップ
Ｓ２  原点位置を抽出するステップ
Ｓ３  測定点を設定するステップ
Ｓ５  画像を取得するステップ
Ｓ６  輝度値の比を算出するステップ
Ｓ８  発光部を移動させるステップ
Ｓ１１  原点位置を記憶するステップ
Ｓ１２  最大コントラスト位置を記憶するステップ
【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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