(57)【要約】【課題】スリットコリメータによる拡大率を大きくするためには撮像領域を小さく制限する必要がある。そのため、撮像領域を制限することなく断層面内の空間分解能を向上させる手段が求められる。【解決手段】本発明は、放射線を測定する検出器と、検出器が回転する円周の接線方向における放射線の入射方向を制限する能力が体軸方向と異なるパラレルホールコリメータを有し、前記パラレルホールコリメータの貫通穴には一つまたは複数の前記検出器が配置され、前記検出器と前記パラレルホールコリメータを被検体を載せるベッドの周りで回転させるガントリを有し、前記検出器と前記パラレルホールコリメータを回転させながら放射線を測定し、点応答関数を画像再構成に組み込むことで空間分解能を補正するデータ処理装置を有する放射線撮像装置である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を測定する検出器と、検出器が回転する円周の接線方向における放射線の入射方向を制限する能力が体軸方向と異なるパラレルホールコリメータを有し、前記パラレルホールコリメータの貫通穴には一つまたは複数の前記検出器が配置され、前記検出器と前記パラレルホールコリメータを被検体を載せるベッドの周りで回転させるガントリを有し、前記検出器と前記パラレルホールコリメータを回転させながら放射線を測定し、点応答関数を画像再構成に組み込むことで空間分解能を補正するデータ処理装置を有する放射線撮像装置。
【請求項２】
請求項１において、前記パラレルホールコリメータは、回転する円周の半径方向へのセプタの長さは接線方向に並べられたセプタの方が体軸方向に並べられたセプタよりも長いことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項３】
請求項２において、セプタの半径方向への長さが接線方向に並べられたセプタと体軸方向に並べられたセプタで等しいコリメータに対して、接線方向に並べられたセプタに別のセプタを追加することで半径方向へ長くしたセプタであることを特徴とした放射線撮像装置。
【請求項４】
請求項１において、前記パラレルホールコリメータは、回転する円周の半径方向へのセプタの長さは体軸方向に並べられたセプタの方が接線方向に並べられたセプタよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項５】
請求項４において、セプタの半径方向への長さが接線方向に並べられたセプタと体軸方向に並べられたセプタで等しいコリメータに対して、体軸方向に並べられたセプタに別のセプタを追加することで半径方向へ長くしたセプタであることを特徴とした放射線撮像装置。
【請求項６】
コリメータの開口部が長方形であり、開口部の接線方向の長さが体軸方向よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【請求項７】
コリメータの開口部が長方形であり、開口部の体軸方向の長さが接線方向よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射放射線分布を画像化する放射線撮像装置およびそれを用いた核医学診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線計測装置を核医学分野に応用した装置として、ガンマカメラを用いた単一光子放射型コンピュータ断層撮影（Single photon emission computed tomography：ＳＰＥＣＴ）がある。ＳＰＥＣＴは、放射性同位体を含む化合物の分布を測定し、断層面のイメージを提供するものである。これまでのＳＰＥＣＴ装置では、一枚の結晶からなるシンチレータと複数の光電子増倍管を組み合わせたものが主流である。これらのＳＰＥＣＴ装置は、放射線の位置を重心演算で求める。しかしながら、この方法では、分解能１０mm程度が限界であり、臨床現場で用いるには不十分である。したがって、より高い分解能を持つＳＰＥＣＴ装置がもとめられている。
【０００３】
近年、より高い分解能をもつものとして、ピクセル型検出器が開発されてきている。ピクセル型検出器には、シンチレータで構成されたものや、半導体で構成されたもの等がある。いずれも、小さな検出器単位、すなわちピクセル単位で位置信号を取得する。したがって、検出器の固有分解能は、ピクセルサイズで決定され、空間的に離散した計測を行う。ピクセルサイズが１，２mmのものも開発され、分解能は１０mm以下を達成し、大幅に改善されてきた。
【０００４】
また、断層面の再構成方法も開発，改良され、分解能向上に大きく貢献している。これまでは、フィルタ補正逆投影法（filtered back-projection法：ＦＢＰ法），分解能補正なしの逐次近似法（ＭＬＥＭ，ＯＳＥＭ等）が用いられていた。近年、分解能補正ありの逐次近似法が開発されている（非特許文献１）。この方法は、コリメータや検出器の幾何学的形状，散乱線等の物理的要因を考慮して再構成できる。したがって、より正確な画像を提供することができる。
【０００５】
現在、高空間分解能かつ高感度であるＳＰＥＣＴ撮像装置が、臨床において求められている。分解能や感度を決定する要因としては、放射線源との距離，セプタの厚さ，放射線のエネルギー，散乱，吸収等多くある。その要因のうち、セプタの高さと開口部のサイズが、分解能と感度の決定に大きく関与する。高分解能を得るためには、検出器に入射する放射線の到来方向をコリメータで制限する必要がある。このためには、検出器が測定対象物を見込む視野を、コリメータによって狭めればよい。このようなコリメータとして例えば、Low energy high resolution（ＬＥＨＲ）コリメータが知られている。しかし、この制限によって、感度が犠牲になる。
【０００６】
高感度を得るために、コリメータの貫通穴のサイズを大きくしなければならないが、分解能が悪化する。このようなコリメータとして、Low energy general purpose（ＬＥＧＰ）コリメータやLow energy high sensitivity（ＬＥＨＳ）コリメータが知られている。従来機では、高分解能と高感度が両立しないので、用途に応じてコリメータを入れ替える必要があり、臨床現場の負担となる。
【０００７】
そこで、感度と分解能を両立する装置として、一つの矩形貫通穴に複数の検出器が含まれる、新しいタイプのＳＰＥＣＴ装置が発明された。このＳＰＥＣＴ装置では、貫通穴のサイズが同じとき、貫通穴と検出器が一対一対応である従来機よりも、高い分解能が得られることが実証されている（特許文献１，非特許文献２）。
【０００８】
また、スリットコリメータとスラットコリメータを用いることにより、断層画像における空間分解能を向上する方法がある（特許文献２）。ここで、検出器面における座標軸として検出器の回転軸に平行な座標軸を体軸方向、もう一方を接線方向と定義すると、スリットコリメータは接線方向に対してはピンホールコリメータのように像を拡大してガンマ線を収集し、スラットコリメータは体軸方向に対してはパラレルホールコリメータのようにガンマ線を収集する。この方式により検出器面内における接線方向の空間分解能が向上し、結果として画像再構成した断層画像における空間分解能が向上する。
【０００９】
また、特許文献３には、コリメータ２について、セプタ２４を超えて中心側へ伸びる突出壁２３の記載があるが、平面画像は４つのリニア軌道に沿ってデジタル的に獲得されることが記載され、回転させて撮像するものではない（特許文献３の００３６段）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０４６９７１号公報
【特許文献２】特表２００８−５２４５５４号公報
【特許文献３】特表２００３−５２０３４８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Panin VY, et al, Fully 3-D PET reconstruction with system matrix derived from point source measurements. IEEE Trans Med Imaging. 2006 Jul;25(7):907-921
【非特許文献２】C. Robert et al. 2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record Vol6 pp.4246-4251
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
分解能を補正する画像再構成法や、一つのコリメータ穴に複数の検出器が含まれる構成により、従来よりも高分解能の画像が取得可能となったが、依然としてコリメータのセプタの高さに依存した分解能と感度のトレードオフが存在する。したがって、このトレードオフを改善するさらなる手段が求められる。また、スリットコリメータとスラットコリメータを用いた断層面内の空間分解能を向上させる方式では、スリットコリメータによる拡大率を大きくするために撮像領域を小さく制限する必要がある。そのため、撮像領域を制限することなく断層面内の空間分解能を向上させる手段が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、放射線を測定する検出器と、検出器が回転する円周の接線方向における放射線の入射方向を制限する能力が体軸方向と異なるパラレルホールコリメータを有し、前記パラレルホールコリメータの貫通穴には一つまたは複数の前記検出器が配置され、前記検出器と前記パラレルホールコリメータを被検体を載せるベッドの周りで回転させるガントリを有し、前記検出器と前記パラレルホールコリメータを回転させながら放射線を測定し、点応答関数を画像再構成に組み込むことで空間分解能を補正するデータ処理装置を有する放射線撮像装置としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
このような構成により、検出器面内の接線方向の空間分解能が向上し、結果として再構成した断層画像における空間分解能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施例のコリメータを示した図である。
【図２】本発明の実施例に用いたＳＰＥＣＴ装置（ガンマカメラ）を示した図である。
【図３】ピクセル型の検出器およびコリメータの一般的な配置例を示した図である。
【図４】本実施例に用いたピクセル型の検出器の例１を示した図である。
【図５】本実施例に用いたピクセル型の検出器の例２を示した図である。
【図６】本実施例に用いたピクセル型の検出器の例３を示した図である。
【図７】本実施例に用いたピクセル型の検出器の例４を示した図である。
【図８】本実施例に用いたピクセル型の検出器の例５を示した図である。
【図９】本実施例に用いたピクセル型の検出器およびコリメータの配置例を示した図である。
【図１０】レイ・トレースのシミュレーションを示す図である。
【図１１】検出器およびコリメータの幾何配置を示した図である。
【図１２】数値ファントムの再構成画像を示した図である。
【図１３】従来コリメータにセプタを追加した図である。
【図１４】体軸方向のセプタの長さが接線方向よりも長いコリメータを示した図である。
【図１５】コリメータの開口部が長方形の場合を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施例１）
以下、本発明の「放射線撮像装置とその再構成方法」を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。はじめに、本発明のＳＰＥＣＴ装置の構成および画像再構成について説明する。次に、本発明により断層画像における空間分解能が向上した例について説明する。
【００１７】
はじめに、ＳＰＥＣＴ装置の構成について簡単に説明する。図２に示すように、ＳＰＥＣＴ装置１は、ガントリ１０，カメラ（撮像装置）１１Ａ，１１Ｂ，データ処理装置１２，表示装置１３等を含んで構成される。被検者１５は、放射性薬剤、例えば、半減期が６時間の99mＴｃを含んだ薬剤を投与される。ベッド１４に載せられた被検者１５の体内の99mＴｃから放出されるγ線をガントリ１０に支持されたカメラ１１で検出して断層画像を撮像する。
【００１８】
カメラ１１は、コリメータ２６と検出器２１から構成される。コリメータ２６は被検者１５の体内から放出されるγ線を選別し、一定方向のγ線のみを通過させる役割を有する。コリメータ２６を通過したγ線を検出器２１で検出する。カメラ１１は、γ線の検出信号を計測するための特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）２５を備える。γ線の検出信号は、検出器基板２３，ＡＳＩＣ基板２４を介して、ＡＳＩＣ２５にγ線を検出した検出器２１のＩＤ、検出したγ線の波高値や検出時刻が入力される。鉄，鉛等でできた遮光・γ線・電磁シールド２９は、検出器２１，検出器基板２３，ＡＳＩＣ基板２４，ＡＳＩＣ２５，コリメータ２６を囲んでおり、光，γ線，電磁波を遮断する。データ処理装置１２は、記憶装置及び断層像情報作成装置（図示せず）を有する。データ処理装置１２は、計測したγ線の波高値，検出時刻のデータ及び検出器（チャンネル）ＩＤを含むパケットデータを取り込み、平面像を生成、もしくはサイノグラムデータに変換して断層像情報を生成し、表示装置１３に表示する。
【００１９】
カメラ１１はガントリ１０の半径方向及び周方向に可動する。断層像撮像時には、カメラ１１はガントリ取り付け部を軸として回転し、被検者１５の体内の腫瘍等に集積した放射性薬剤から発生するγ線を検出して腫瘍の位置を同定する。
【００２０】
検出器２１は、図４，図５，図６，図７，図８に示すようにピクセルごとに区切られており、この検出器２１が多数配置された検出器群２１Ａを構成している。したがって、１枚の大きな結晶からなるシンチレータと異なり、検出信号は、各検出器２１単位、つまりピクセル単位で収集される。なお、検出器群２１Ａは、ピクセルに区切られているが、図５のように、電極がピクセルに区切られたものであってもよい。
【００２１】
コリメータ２６は鉛製であり、貫通穴２７を有し、貫通穴２７は碁盤目状に配置されている。各貫通穴２７は、セプタ２８によって、仕切られている。一般的には図３に示すように、貫通穴２７と検出器２１が一対一で対応している。本発明では、座標系を図３に示すようにｘ，ｙ，ｚ方向を定義する。つまり、ｘｙ平面内に検出器が配置されている。このとき、検出器の回転軸に平行な軸である体軸方向をｙ、もう一方の軸である検出器が回転する円周の接線方向をｘとする。また、一般的にはセプタ２８のｚ方向（回転中心への半径方向）の長さはｘ，ｙ方向において等しい。本実施例では、図９に示すように、コリメータ２６の貫通穴２７開口部の面積は、検出器２１四個分の面積に等しい場合について示す。ただし、本発明は１つの貫通穴２７にＮ個の検出器を含む場合においても適用可能である。また、Ｎは整数でなくてもよい。
【００２２】
本発明におけるセプタ２８の形状を図１に示す。本発明におけるセプタ２８は接線方向であるｘ方向に並べられたセプタ２８のｚ方向の長さの方が体軸方向であるｙ方向に並べられたセプタ２８のｚ方向の長さよりも長い。また、このセプタを複数、パラレル（平行）に設けている。このような構成により、検出器面内の接線方向であるｘ方向の空間分解能が向上し、結果として再構成した断層画像における空間分解能が向上する。
【００２３】
次に、データ処理装置で実行される画像再構成について説明する。検出器群２１が測定対象に対してある角度をなしているとき、検出器ｉのカウント数ｙiは、検出再構成画素ｊのカウント数をλjとして、
ｙi＝ΣＣijλj                                                    式（１）
となる。ここで、Ｃijは検出器ｉに検出される確率を表す。上式から、逐次近似再構成法（ＭＬＥＭ，ＯＳＥＭ，ＭＡＰ等）を用いて画像を再構成する。検出器の点応答関数を逐次近似画像再構成に組み込むことにより、空間分解能を補正することが可能である。点応答関数とは、点線源から発生した放射線を検出器２１が検出する確率であり、式（１）の検出確率Ｃijに等しい。この点応答関数を用いることで、ＭＬＥＭ，ＯＳＥＭ等の逐次近似再構成法からより正確な画像を再構成することができる。
【００２４】
点応答関数はレイ・トレースによるシミュレーションによって計算することが可能である。このシミュレーションでは、点線源からγ線としてレイを飛ばし、そのレイが物質を横切る長さを計算して検出器応答を計算する。例えば、図１０に示すように、ガンマ線であるレイがコリメータ２６と検出器を横切る長さをそれぞれＬ1，Ｌ2とすると、検出されるカウントは、exp（−μ1Ｌ1）×｛１−exp（−μ2Ｌ2）｝で表すことができる。ここで、μ1，μ2の値は、それぞれ、放射性薬剤から発生するγ線に対するコリメータ２６と検出器２１の減弱係数の値である。したがって、本発明によるＳＰＥＣＴ装置１においては、シミュレーションにより図１に示したコリメータ形状に対する点応答関数を求め、この点応答関数を逐次近似再構成に組み込むことで空間分解能を補正し、断層像における空間分解能が向上した画像を作成することが可能となる。また、特許文献２の方法では、スリットコリメータによる拡大率を大きくするために撮像領域を小さく制限する必要があるが、本発明はパラレルホールコリメータであるため、撮像領域を制限することなく断層面内の空間分解能を向上させることが可能である。
【００２５】
次に、本発明を適用した再構成画像について説明する。ここでは、セプタ２８のｚ方向長さが体軸方向ｙと接線方向ｘで等しい従来のコリメータＡとセプタ２８のｚ方向長さが体軸方向ｙより接線方向ｘの方が長いコリメータＢについて比較した。
【００２６】
はじめに検出器２１およびコリメータ２６の幾何形状を図１１を用いて説明する。検出器２１のピッチｄは１.４mm、長さＤは５mm、検出器間の隙間Ｔはｘ方向が０.２mm、ｙ方向が０.１mmである。コリメータＡにおけるセプタ２８のｚ方向の長さＬはｘ方向、ｙ方向ともに１９.２mm、コリメータＢにおけるセプタ２８のｚ方向の長さＬはｘ方向が２６mm、ｙ方向が１４mmである。２つのコリメータ２８に共通なパラメータである厚さｔは０.４mm、セプタ２８と検出器２１との距離ΔＬは８mm、コリメータ２８のピッチ２ｄは２.８mmである。また、コリメータＡとコリメータＢの感度は同等である。
【００２７】
次に、レイ・トレースによるシミュレーションによりコリメータＡとコリメータＢの点応答関数を求める。求めた点応答関数を用いて、図１２（ａ）に示した数値ファントムからコリメータＡ，コリメータＢに対する投影像を作成する。投影データのマトリックスサイズはｘ×ｙ＝２５６×９６、マトリックスピッチはｘ＝ｙ＝１.４mm、投影方向の数は１２０、回転のピッチは３度である。また、検出器の回転半径は１３２mmとした。これらの投影像から、点応答関数を組み込んだ逐次近似再構成により得られたコリメータＡ，コリメータＢに対する再構成画像をそれぞれ図１２（ｂ），（ｃ）に示す。再構成画像のマトリックスサイズは２５６×２５６、マトリックスピッチは１.４mmである。再構成法にはＯＳＥＭを用い、サブセットは３０、反復回数は５とした。図１２（ｂ）と（ｃ）を比較すると、本発明の実施例の方法であるコリメータＢの方が断層画像における空間分解能が高いことが分かる。したがって、従来のコリメータＡと同じ感度を維持しつつ、断層面内の空間分解能を向上させることができる。
【００２８】
（実施例２）
図１３に示すように、本発明におけるコリメータ２６は、セプタ２８のｚ方向長さが体軸方向ｙと接線方向ｘで等しい従来のコリメータ２６における接線方向に、セプタを追加することで実現することも可能である。これにより、セプタ２８を追加する前のコリメータ２６は高感度コリメータとして使用することが可能であり、セプタ追加後のコリメータ２６は高分解能コリメータとして使用可能である。この方式の長所としては、コリメータ２６の交換が簡便であるということが挙げられる。
【００２９】
（実施例３）
実施例１では、セプタ２８のｚ方向長さが接線方向ｘの方が体軸方向ｙより長いコリメータ２６について説明したが、この方式とは逆に、図１４に示すようにセプタ２８のｚ方向長さが、体軸方向ｙに並べられたセプタの方が接線方向ｘに並べられたセプタの方よりも長いコリメータ２６を用いることで体軸方向の分解能を向上させることも可能である。
【００３０】
（実施例４）
実施例３の図１４では、セプタが一体の構成であったが、図１３のようにセプタを追加する構成としてもよい。
【００３１】
（実施例５）
実施例１では、コリメータ２６の貫通穴２７開口部が正方形の場合において、セプタ２８のｚ方向長さが体軸方向ｙより接線方向ｘの方が長いコリメータ２６により、接線方向ｘの空間分解能を向上させ、結果として再構成した断層画像の空間分解能を向上させた。接線方向ｘの空間分解能を向上させる方法として、セプタ２８のｚ方向長さを体軸方向ｙと接線方向ｘに等しいコリメータ２６において貫通穴２７の開口部を長方形にしてもよい。つまり、図１５に示すように、開口部における接線方向ｘの長さが、体軸方向ｙの長さよりも短くする。また、更にこのとき、セプタ２８のｚ方向長さを、開口部が正方形の場合の従来のコリメータ方式よりも長くすることで、接線方向ｘの空間分解能をより向上させることができる。これにより、実施例１と同様に断層画像の空間分解能を向上することが可能となる。図１５では、１つの貫通穴２７に６個の検出器を含む場合を示したが、開口部が長方形である１つの貫通穴２７にＮ個の検出器を含む場合においても適用可能である。また、Ｎは整数でなくてもよい。
【００３２】
（実施例６）
実施例５では、接線方向ｘの空間分解能を向上させる方法として、セプタ２８のｚ方向長さを体軸方向ｙと接線方向ｘに等しいコリメータ２６において貫通穴２７の開口部における接線方向ｘの長さが、体軸方向ｙの長さよりも短くする長方形にしたが、これとは逆に体軸方向ｙの長さが、接線方向ｘの長さよりも短くすることで、体軸方向ｙの空間分解能を向上させることができる。また、更にこのとき、セプタ２８のｚ方向長さを、開口部が正方形の場合の従来のコリメータ方式よりも長くすることで、体軸方向ｙの空間分解能をより向上させることができる。開口部が長方形である１つの貫通穴２７にＮ個の検出器を含む場合においても適用可能である。また、Ｎは整数でなくてもよい。
【００３３】
なお、実施例５，６は、セプタの長さを変えなくても空間分解能を変更できるので実施例１，２とは独立したものである。つまり、放射線を測定する検出器（２１）と、放射線の入射方向を制限するパラレルホールコリメータ（２６，２８）を有し、コリメータの貫通穴である開口部には複数の検出器が接線方向ｘの長さが体軸方向ｙの長さよりも短くする長方形に配置され（図１５）、点応答関数を画像再構成に組み込むことで空間分解能を補正する手段（１２）を有する放射線撮像装置としてもよい。また、放射線を測定する検出器（２１）と、放射線の入射方向を制限するパラレルホールコリメータ（２６，２８）を有し、コリメータの貫通穴である開口部には複数の検出器が体軸方向ｙの長さが接線方向ｘの長さよりも短くする長方形に配置され、点応答関数を画像再構成に組み込むことで空間分解能を補正する手段（１２）を有する放射線撮像装置としても良い。
【００３４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００３５】
また、上記の各構成，機能，処理部，処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成，機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム，テーブル，ファイル，測定情報，算出情報等の情報は、メモリや、ハードディスク，ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード，ＳＤカード，ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。よって、各処理，各構成は、処理部，処理ユニット，プログラムモジュールなどとして各機能を実現可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ＳＰＥＣＴ装置（ガンマカメラ）
１０  ガントリ
１１Ａ，１１Ｂ  カメラ
１２  データ処理装置
１３  画像表示装置
１４  ベッド
１５  被検者
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ  （半導体）検出器
２２，２２Ａ  電極
２３  検出器基板
２４  ＡＳＩＣ基板
２５  集積回路（ＡＳＩＣ）
２６  コリメータ
２７  貫通穴
２８  セプタ
２９  遮光・γ線・電磁シールド
３０  検出器の境界面
３１  不感領域
３２  点線源
３３  レイ
【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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