(57)【要約】【課題】  簡易小型な装置でありながら、被測定者の頭蓋内圧を安定的に測定することが可能な、頭蓋内圧測定装置を提供する。【解決手段】  外耳道内に挿入して圧力センサー、音センサーの検出を行う外耳道内脈波センサーを用いて、これらの波形情報に演算処理を施し、被測定者の頭蓋内圧の変動に関する情報を算出する。前記外耳道脈波センサーにより検出された外耳道脈波音圧波形ECPの、外耳道内脈波波形率、外耳道内脈波負側波高率、外耳道内脈波Diff関数の負側波高率、および外耳道内脈波Diff関数の波高率比から選択される1または2以上の項目を入力値として演算処理し、頭蓋内圧を算出する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外耳道脈波を外耳道脈波音圧波形ECPとして検出する外耳道脈波センサーと、該外耳道脈波センサーと接続され、前期外耳道脈波センサーにより検出された外耳道脈波音圧波形ECPに基づいて、被測定者の頭蓋内圧ICPを演算する演算処理部と、前記演算処理部により算出された頭蓋内圧ICPを出力する出力部と、を備え、
前記演算処理部が、前記外耳道脈波センサーにより検出された外耳道脈波音圧波形ECPの、外耳道内脈波波形率、外耳道内脈波負側波高率、外耳道内脈波Diff関数の負側波高率、および外耳道内脈波Diff関数の波高率比から選択される1または2以上の項目を入力値として演算処理し、頭蓋内圧を算出することを特徴とする頭蓋内圧測定装置
【請求項２】
前記外耳道脈波センサーは、該外耳道脈波センサーが設置された被測定者の耳甲介腔を密閉する密閉装置と、該外耳道脈波センサーを被測定者の外耳道に固定するための固定装置と、を更に備えることを特徴とする頭蓋内圧測定装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外耳道内および体表面に生体センサーを設置して、データ処理を行うことで頭蓋内圧を測定する、頭蓋内圧測定装置に関する。
【０００２】
人間の頭部には、脳をはじめ多くの器官や神経が集中しており、この部位における生体情報を測定することは、健康管理、疾病予防の観点から大変意義深い。特に頭蓋内圧（ICP、または頭蓋内圧ともいう）は、生体恒常性によって常に一定に保たれており、頭蓋内圧が亢進、または低下してしまうと、場合によって生命に関わる重篤な疾病を引き起こすことが知られている。また、頭蓋内圧は、脳損傷、脳卒中、頭蓋内出血等の治療や診断を行う際の指標として使用されている。このため、頭蓋内圧については、その測定方法の確立は、特に重要な意義が見出されている。
【０００３】
従来の頭蓋内圧測定には、頭蓋骨の直下に圧電センサーを入れる方法（特許文献１、非特許文献１、２）と、側脳室に直接チューブを差し込んでそこから立ち上がる水柱の圧を測る方法（特許文献２、非特許文献３）が一般的に知られている。しかし、上記の手法はいずれも、頭蓋骨に穿孔し、内部にセンサーやチューブを設置する必要があり、被測定者の侵襲性の高く、また、測定中には絶対安静を要するものであった。また、頭蓋内圧は、一度の瞬間値のみによって測定、評価することが困難で、ある程度の時間をかけて連続値を測定すること一般的である。そうした際に、被測定者に菌の感染が起こる危険性があるため、これに対する対策についても考慮する必要があった。このため、被測定者の負担の少ない、即ち侵襲性の低い頭蓋内圧の測定技術が数多く研究されてきた。
【０００４】
これまで報告されてきた頭蓋内圧の測定法として、例えば、被測定者の頭蓋骨内に造影剤を注入し、NMR測定によって測定する技術について報告がある（特許文献３）。また、被測定者の頭蓋骨内に造影剤を注入し、その部位に微細な泡を発生させ、その低周波応答を取得し、共振周波数を解析する技術について報告がある（特許文献４）。また、被測定者の眼球に赤外線をあて、反射光のFT-IR分析を行うことで、頭蓋内圧測定を行う技術について報告がある（特許文献５−７）。更に、脳周辺の部位から、生体情報を非侵襲的に検出する技術として、外耳道内脈波を測定する技術について報告がある（特許文献８−１５）。また、動脈血圧と中大脳動脈の血流について音響データを測定し、それらの非線形相関を取ることで頭蓋内圧の算出を行う報告がある（特許文献１６）。また、医学的な動物実験では、猫の外耳道圧波、動脈圧波、頭蓋内圧波の同時記録から、血圧上昇時には外耳道圧の振幅が増大し、頭蓋内圧上昇時には動脈圧波から外耳道圧波への伝播時間が短くなること（非特許文献４）、犬の（外耳道内圧波の主成分である）動脈圧波と頭蓋内圧波の測定から、伝達関数上にノッチが現れ、それが脳内圧（脳脊髄液圧）変化の影響を受けていることが分かっている（非特許文献５）。
【０００５】
発明者らは、上記技術が有していた技術的課題に対応すべく、頸動脈脈波と外耳道内脈波を計測して、両者の振幅情報と波形情報に基づいて頭蓋内圧を推定する方法を提案した（特許文献１７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５３９８１１号公報
【特許文献２】特開平５−３００８８０号公報
【特許文献３】特開２００１−３４６７６７号公報
【特許文献４】特開２００６−２３０５０４号公報
【特許文献５】特表２００２−５１３３１０号公報
【特許文献６】特開２００７−３０１２１５号公報
【特許文献７】特表２００８−５４３３５２号公報
【特許文献８】特開平８−８４７０４号公報
【特許文献９】特開２０００−１２１４６７号公報
【特許文献１０】特表２００４−５２８１０４号公報
【特許文献１１】特開２００６−１０２１６３号公報
【特許文献１２】特表２００６−５０５３００号公報
【特許文献１３】特開２００８−２３７８４７号公報
【特許文献１４】特開２０１０−１７３１７号公報
【特許文献１５】特開２０１０−１８７９２８号公報
【特許文献１６】特表２００６−５２６４８７号公報
【特許文献１７】特開２０１３−１０２７８４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Neurosurgery. 2003 Mar;52(3):619-23; discussion 623.
【非特許文献２】Korean J Cerebrovasc Dis. 2002 Mar;4(1):52-57. Korean.
【非特許文献３】Neurologia medico-chirurgica 29(6), 484-489, 1989-06-15
【非特許文献４】慶応医学, Vol.72(6), pp.497-509, 1995.
【非特許文献５】J. Neurosurg Pediatrics, Vol.2, pp.83-94, 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非侵襲で簡易な構成の頭蓋内圧測定は、脳疾患等で意識障害をおこしている患者等の救急医療や重症患者管理において特にその重要性が認められる。それらの医療において頭蓋内圧測定を行う場合、測定に使用する装置は、可能な限り簡素な構成として、救急搬送中等の限られた時間で、迅速に作業を行える必要がある。また、測定に熟練した技術を必要とせず、測定を行う医療従事者による測定結果のばらつきが少なく、長時間の測定も可能である必要がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、非侵襲的であり、かつ簡易な装置を用いることにより、測定者の熟練度に左右されることなく安定的に測定することを可能にする、頭蓋内圧測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明は、外耳道脈波を外耳道脈波音圧波形ECPとして検出する外耳道脈波センサーと、該外耳道脈波センサーと接続され、前期外耳道脈波センサーにより検出された外耳道脈波音圧波形ECPに基づいて、被測定者の頭蓋内圧ICPを演算する演算処理部と、前記演算処理部により算出された頭蓋内圧ICPを出力する出力部と、を備え、
前記演算処理部が、前記外耳道脈波センサーにより検出された外耳道脈波音圧波形ECPの、外耳道内脈波波形率、外耳道内脈波負側波高率、外耳道内脈波Diff関数の負側波高率、および外耳道内脈波Diff関数の波高率比から選択される1または2以上の項目を入力値として演算処理し、頭蓋内圧を算出することを特徴とする頭蓋内圧測定装置である。
【００１１】
また別の本発明は、前記外耳道脈波センサーは、該外耳道脈波センサーが設置された被測定者の耳甲介腔を密閉する密閉装置と、該外耳道脈波センサーを被測定者の外耳道に固定するための固定装置と、を更に備えることを特徴とする頭蓋内圧測定装置である。
【００１２】
本発明に係る頭蓋内圧測定装置は、外耳道内に設置された外耳道脈波センサーによって、被測定者の外耳道脈波等の生体情報を検出し、これを前記外耳道脈波センサーに接続された演算処理部で演算することによって、被測定者の頭蓋内圧を算出することを可能にするものである。
【００１３】
本発明に係る頭蓋内圧測定方法は、外耳道内脈波音圧波形生成のメカニズムを決定し、これに基づいて、演算処理部による頭蓋内圧推定処理の演算式を算出する。解剖学的に聴覚系の内耳は脳脊髄液と交通している。内耳リンパ液の血液循環器系脈波変動の伝搬は、内耳の前庭窓を介して中耳へ振動が伝わり、具体的にアブミ骨・キヌタ骨・ツチ骨を介して鼓膜に脈波振動が伝搬して脈波音圧波形が生成すると考えられる。本発明において、頭蓋内圧を算出するための演算処理は、聴覚系機能モデルを用いたシミュレーションと、探索的臨床試験の結果を分析することで導き出すことが可能である。聴覚系機能モデルは聴覚機能実証モデル（VWRインターナショナル社製）を用いた。図１は、聴覚機能実証モデルによる頭蓋内圧測定実験系を示す。
【００１４】
頭蓋内圧ICPの変動は、聴覚系機能モデルに取り付けられた振動発生器（ＩＭＶ社製）を用いて、水が注入された蛇腹式スポイトを加振する。その力は、圧電型インピーダンスヘッド（RION社製、PF60A、電荷感度 293 pC/N）を用いて測定した。力は、1N一定条件とし、その際のICP値は、ドレナージ圧センサ（Safedraw社製SCK-7604）を用いた。
【００１５】
本発明では、演算に使用する波形情報として、波形率（Form factor）、波高率（Crest factor）、および微分に相当するDiff関数（Pa/0.02秒）を用いる。ここで波形率は、実効値の平均値に対する比を言い、以下の式で示される。
波形率  ＝  実効値  /  平均値
本明細書において、実効値は、交流信号の時間波形の実質的なエネルギーの消費量（パワー）を表す。この考え方は、音と振動の影響を評価する表示方法として、振動計や、分析器に広く使われている。なお、実効値とパワーを適切な基準値を使ってdBで表現すると、同じ数値のdB値となる。この場合、前者を音圧レベルといい、後者と音の強さのレベルという。また、音波による交流的圧力変化を音圧という。
【００１６】
本発明において、平均値とは、正弦波の正負いずれかの半サイクルを平均化したものをいう。これは、正弦波の正と負との平均をとると、結果が0となるためである。
【００１７】
本明細書において、波高率とは、最大値の実効値に対する比をいい、以下の式で示される。
波高率  ＝  正負の最大値  /  実効値
なお、本明細書において、最大値とは、基準となる0（V）に対して最大となる値をいう。
【００１８】
本明細書において、波形のプラス側標準偏差値とは、マイナス側の値を全て0として標準偏差値を求めたものであり、マイナス側標準偏差値とは、プラス側の値を全て0として標準偏差値を求めたものである。
【００１９】
図２は、観測波形の振幅情報に着目した例として、聴覚機能モデルで実測したICP値（M_ICP[cmH2O]）と外耳道内脈波音圧レベル（ECP_SPL[dB]）の関係を示す。同図から、聴覚機能モデルにおいて、直流成分であるICP値と交流成分である外耳道内脈波音圧レベルとは、指数関数回帰曲線で決定係数R2が0.9958（相関係数0.9979）を示していることがわかる。
【００２０】
図３は、観測波形の波形情報に着目した例として、聴覚機能モデルで実測したICP値（M_ICP[cmH2O]）と外耳道内脈波音圧波形diff関数の波形率（ECPdiff_Form Factor）との関係を示す。同図から、直流成分であるICP値と交流成分である外耳道内脈波波形diff関数の波形率とは、指数関数回帰曲線で決定係数R2が0.8746（相関係数0.9352）を示していることがわかる。
【００２１】
図４は、観測波形の波形情報に着目した例として、聴覚機能モデルで実測したICP値（M_ICP[cmH2O]）と外耳道内脈波音圧波形diff関数のプラス側の標準偏差値（ECPdiff_Plus STD）との関係を示す。同図から、聴覚機能モデルにおいて、直流成分であるICP値と交流成分である外耳道内脈波波形diff関数のプラス側の標準偏差値（ECPdiff_Plus STD）とは、指数関数回帰曲線で決定係数R2が0.9399（相関係数0.9695）を示していることがわかる。
【００２２】
以上の聴覚機能モデルによる検証実験の結果から、交流成分である外耳道内脈波音圧波形の振幅情報と波形情報に基づいて直流成分である頭蓋内圧ICP値が推定可能であることが示唆される。本発明においては、上記に挙げた、外耳道内脈波波形率、外耳道内脈波負側波高率、外耳道内脈波Diff関数の負側波高率、および外耳道内脈波Diff関数の波高率比のいずれか、またはこれらの組み合わせを用いて演算を行い、頭蓋内圧の算出を行う。
【００２３】
上記の項目を用いて頭蓋内圧を算出するための演算式は、例えば、従属変数の目標値である頭蓋内圧の実測値を用いた重回帰分析によって導くことができる。下記の演算式は複数の被験者について実測した値に基づき重回帰分析によって得られたICPの推定式である。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
式中、ECPFFは外耳道内脈波波形率であり、ECPmCFは外耳道内脈波Diff関数の負側波高率であり、ECPdiff_Ratio(ABS(pCF/mCF))は外耳道内脈波Diff関数の波高率比を示す。式から、両者の決定係数がR2=0.884であり、相関係数がR=0.9404であることが認められた。このため、本発明においては、これらの項目を使用して測定された被測定者の外耳道脈波音圧波形から頭蓋内圧の測定を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る頭蓋内圧測定装置および測定方法によれば、簡易小型な装置であり、測定者の熟練度に左右されることなく、迅速に、かつ安定的に被測定者の頭蓋内圧を測定することが可能な、頭蓋内圧測定装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】聴覚機能実証モデルによる頭蓋内圧測定実験系の写真である。
【図２】ICP値と外耳道内脈波音圧レベルの関係を示すグラフである。
【図３】ICP値と外耳道内脈波音圧波形diff関数の波形率の関係を示すグラフである。
【図４】ICP値と外耳道内脈波音圧波形diff関数のプラス側の標準偏差値との関係を示すグラフである。
【図５】外耳道内脈波センサーの一例の図である。
【図６】実測した頭蓋内圧の脈波変動を示すグラフである。
【図７】外耳道内脈波音圧波形を示すグラフである。
【図８】実測した頭蓋内圧の脈波変動を示すグラフである。
【図９】外耳道内脈波音圧波形を示すグラフである。
【図１０】実測した頭蓋内圧の脈波変動を示すグラフである。
【図１１】外耳道内脈波音圧波形を示すグラフである。
【図１２】被験者2に対して本発明に係る頭蓋内圧測定方法を用いて測定を行った結果のグラフである。
【図１３】被験者3に対して本発明に係る頭蓋内圧測定方法を用いて測定を行った結果のグラフである。
【図１４】被験者4に対して本発明に係る頭蓋内圧測定方法を用いて測定を行った結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に本発明に係る頭蓋内圧測定装置を実施するための形態について説明する。
本発明においては、外耳道脈波音圧レベルを検出する外耳道内脈波センサーによって被測定者の外耳道脈波音圧レベルを検出する。その後、該外耳道内脈波センサーに接続された演算処理部によって、検出された外耳道脈波音圧レベルから波形情報を抽出し、これを用いた演算処理によって、被測定者の頭蓋内圧が算出される。算出された頭蓋内圧情報は適宜に選択される出力部によって出力され、種々の診断等に利用することができる。
【００２９】
本発明における外耳道内脈波センサーは、樹脂製イヤーチップ等と組み合わされ、被測定者の外耳道内に設置され、被測定者の外耳道脈波音圧レベルを検出する。本発明に係る頭蓋内圧測定装置に用いる外耳道情報検出装置に用いる外耳道内脈波センサーについては、特に種類を限定せず、直流バイアスを使用せずに外耳道内の内圧の変動を検出することができる圧力センサー、音センサーであればいずれも適用可能である。ただし、生体に関する情報を検出するために、低周波領域の波長の圧力変化を正確に検出するものであると好適である。図５に本発明における外耳道内脈波センサーの一例を示す。
【００３０】
本発明において、頭蓋内圧を正確に測定するためには、外耳道脈波センサーが設置された外耳道内が密閉されていることが好ましい。特に、被測定者の耳甲介腔が密閉された状態で測定を行うことが好ましい。被測定者の外耳道内を密閉する方法としては、外耳道脈波センサーと組み合わされたイヤーチップに可塑性のある素材、もしくはこれらとシリコンの組み合わせを用いる方法が挙げられる。また、イヤーチップに空気孔を設け、外耳道内への挿入が完了した際に密閉する構成とすることも可能である。
【００３１】
本発明において、被測定者の姿勢に左右されずに頭蓋内圧を測定するためには、外耳道脈波センサーの設置の際には、被測定者の頭部に固定されることが好ましい。固定する方法は、特に制限されることなく、既知の方法から当業者が適宜に選択可能である。固定する方法の例としては、外耳道脈波センサーが、その構成中にイヤーバンドを備え、設置の際に、被測定者の頭部を把持することで固定する方式が挙げられる。
【００３２】
本発明に係る頭蓋内圧測定装置において、外耳道内脈波センサーは、被測定者の左右いずれの外耳道に設置することが可能であり、また、当該装置構成中に外耳道内脈波センサーを二つ設けて、被測定者の左右両方の耳に設置することも可能である。外耳道脈波センサーを二つ設けて被測定者の左右の耳に設置して測定を行う場合、例えば二つのセンサーの平均値を用いて演算処理を行うことで、測定の精度を向上させることが可能である。
【００３３】
本発明に係る頭蓋内圧測定装置においては、外耳道内脈波センサーのほか、被測定者の生体情報を検出する他の検出装置を更に備え、当該検出装置によって検出された情報を、外耳道脈波センサーによって検出された情報と組み合わせて、頭蓋内圧を算出することも可能である。他の検出装置の例としては、頚動脈波センサー、血圧計、体温計、被測定者の左右いずれの外耳道に設置することも可能である。
【００３４】
本発明に係る頭蓋内圧測定装置において、前記外耳道内脈波センサーによって検出された外耳道脈波音圧レベルは、前記外耳道脈波センサーに接続された演算処理部によって、波形情報が抽出され、所望の演算処理によって、頭蓋内圧の演算処理が行われる。演算に使用する変数としては、外耳道内脈波波形率、外耳道内脈波負側波高率、外耳道内脈波Diff関数の負側波高率、外耳道内脈波Diff関数の波高率比、および外耳道内脈波Diff関数のプラス側あるいはマイナス側標準偏差値から選択される１または複数の項目が挙げられる。
【００３５】
本発明に係る演算処理部は、使用するハードウェアに特に制限はなく、電子的に演算
処理を行い出力することが可能な機器であればいずれも適用可能である。ただし、救急車
等の移動体での測定に適用できるよう装置全体が小型化されている必要があるため、CPUが組み込まれたマイコン機器が好適である。また、ノートパソコン、PDA、スマートフォン、タブレット端末などの小型電子機器が好適である。
【００３６】
本発明に係る出力処理部は、使用するハードウェアに特に制限はなく、算出された頭蓋内圧をデジタルデータとして出力可能であればいずれも適用可能である。出力の方式についても、例えば、液晶ディスプレイ装置等に表示する形式での出力も可能であり、また、別に備える記録装置にデータとして記録させる方式も可能である。また、通信装置を用いて、離れた位置にある記録装置等にデータを出力する方式も可能である。
【実施例】
【００３７】
複数の被験者を対象に頭蓋内圧の測定を行った結果について説明する。
(被験者1)
図６は、被験者１に対し実測した頭蓋内圧の脈波変動を示す。また図７は、本発明に係る方法を用いて取得した外耳道内脈波音圧波形を示す。この結果、実測した頭蓋内圧(M_ICP)は43.5cmH2O、推定された頭蓋内圧（P_ICP）は41.2cmH2Oであり、相関係数はR=0.862であった。本実施例による頭蓋内圧測定は実測値と高い相関が認められた。
【００３８】
図８は、被験者１に対し日をかえて実測した頭蓋内圧の脈波変動を示す。また図９は、本発明に係る方法を用いて取得した外耳道内脈波音圧波形を示す。この結果、実測した頭蓋内圧(M_ICP)は31.3cmH2O、推定された頭蓋内圧（P_ICP）は32.6cmH2Oであり、相関係数はR=0.778であった。
【００３９】
図１０は、被験者１に対し実測した頭蓋内圧の脈波変動を示す。また図１１は、本発明に係る方法を用いて取得した外耳道内脈波音圧波形を示す。この結果、実測した頭蓋内圧(M_ICP)は25.8cmH2O、推定された頭蓋内圧（P_ICP）は23.8cmH2Oであり、相関係数はR=0.778であった。
上記各実験結果は、本発明による頭蓋内圧測定は実測値と高い相関が認められ、本発明方法により頭蓋内圧を精度よく測定する（推定する）ことができることを示している。
【００４０】
(被験者2)
図１２は、被験者2に対して圧力センサーを用いて実測する方法および本実施例に係る頭蓋内圧測定方法を用いて測定を行った結果のグラフを示す。本実施例による頭蓋内圧測定は実測値と高い相関が認められ、本実施例を用いて頭蓋内圧の測定が可能であることが認められた。
【００４１】
(被験者3)
図１３は、被験者3に対して圧力センサーを用いて実測する方法および本実施例に係る頭蓋内圧測定方法を用いて測定を行った結果のグラフを示す。本実施例による頭蓋内圧測定は実測値と高い相関が認められ、本実施例を用いて頭蓋内圧の測定が可能であることが認められた。
【００４２】
(被験者4)
図１４は、被験者４に対して圧力センサーを用いて実測する方法および本実施例に係る頭蓋内圧測定方法を用いて測定を行った結果のグラフを示す。本実施例による頭蓋内圧測定は実測値と高い相関が認められ、本実施例を用いて頭蓋内圧の測定が可能であることが認められた。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る頭蓋内圧測定装置は、簡易な構成の装置を用いて、測定を行う医療従事者の熟練度に左右されずに迅速に頭蓋内圧を測定することが可能である。交通事故や急病の際に頭蓋内圧の測定を行うことで、脳疾患の可能性の判断等に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
３０  振動発生器
４０  聴覚機能実証モデル  中耳
５０  聴覚機能実証モデル  外耳
【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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