(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数の超音波を切り替えて使用可能な超音波振動子と、前記複数の周波数を設定するための読み取り可能な識別子が配置され、超音波観測装置の接続部に接続されるプローブ接続部と、前記接続部近傍に設けられ、前記超音波観測装置の接続部と前記識別子との位置関係を変更可能な切替機構部と、を有し、前記超音波振動子を回転走査する機械走査式超音波プローブが接続される接続部と、
前記接続部に設けられ、前記超音波プローブの接続位置を変更することにより、前記識別子の位置により異なった識別信号として検出する検出手段と、
前記検出手段により検出した前記識別信号に対応して前記超音波振動子に出力する周波数を切替設定する周波数切替手段と、
を設けたことを特徴とする超音波観測システム。
【請求項２】
前記検出手段は、前記超音波プローブの回転可能な部材に設けられた前記識別子としての少なくとも１つの電磁波反射手段からの反射信号を受ける電磁波受け部材を具備することを特徴とする請求項１記載の超音波観測システム。
【請求項３】
複数の周波数の超音波を切り替えて使用可能な超音波振動子と、
前記複数の周波数を設定するための読み取り可能な識別子が配置され、超音波観測装置の接続部に接続されるプローブ接続部と、
前記接続部近傍に設けられ、前記超音波観測装置の接続部と前記識別子との位置関係を変更可能な切替機構部と、
を備えたことを特徴とする前記超音波振動子を回転走査する機械走査式超音波プローブ。
【請求項４】
複数の周波数の超音波を切り替えて使用可能な超音波振動子を有し、前記超音波振動子を回転走査する機械走査式超音波プローブが接続される第１の接続部と、
前記複数の周波数を設定するための読み取り可能な識別子が配置され、超音波観測装置の接続部に接続される第２の接続部と、
前記第２の接続部近傍に設けられ、前記超音波観測装置の接続部と前記識別子との位置関係を変更可能な切替機構部と、
を備えたことを特徴とする超音波プローブ用アダプタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波のエコーを利用して生体内の断層を画像化する超音波観測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超音波振動子から放射される超音波を生体に照射し、生体における音響インピーダンスの差異により反射された超音波を受信し、この反射超音波を電気信号に変換して画像化することによって超音波断層像を得る超音波観測システムが広く用いられている。
【０００３】
従来の超音波観測システムでは、中心軸上に幾何学的焦点をもつように振動子の放射面を凹状若しくは凸状の曲面にしたり、振動子の中心軸上に幾何学的焦点をもつ集束型音響レンズを設けていた。このため、超音波ビームの焦点近傍ではビーム幅が細く絞られているが、焦点から外れた位置では超音波ビームは広がってしまうので、広範囲にわたって分解能の高い画像を得ることができなかった。
【０００４】
したがって、測定深度の異なる超音波診断画像を得る場合には、焦点距離の異なり、或いはまた周波数帯域の異なる超音波振動子を設けた複数の超音波プローブを用意していた。これら周波数帯域の異なる超音波プローブを複数用意した超音波観測システムでは、各超音波プローブを所定の周波数で駆動させるため、プローブ基端側の超音波観測装置接続部に周波数識別用の反射シール等を貼付していた。このことにより、接続部を超音波観測装置に接続した際、その反射シールの位置、或いは有無が検知され、その検知された信号に基づいた周波数で超音波振動子が駆動されるようになっていた。
【０００５】
また、本出願人は特願平１１−３７１２７７号に感度低下を起こすことなく、体腔表面から深部までの観察を行えるように複合圧電体から例えば７.５ＭＨｚ、１２ＭＨｚ、２０ＭＨｚ等の広範囲の周波数帯域に渡る超音波を放射することが可能な超音波振動子を開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特願平１１−３７１２７７号に示されている超音波振動子を術者の望む周波数に切り替えて駆動させるためには超音波観測装置に新たに周波数を切替設定するための切換スイッチを設けなければならない。つまり、超音波振動子を広範囲の周波数帯域を有する超音波振動子に変更した場合、従来の超音波観測装置を使用することができず、つまり、新たに切換スイッチ付きの超音波観測装置を購入しなければならないという不都合が生じる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来の超音波観測システムの構成を変えることなく、広範囲の周波数帯域で駆動することが可能な超音波観測システムを提供することを目的にしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による超音波観測システムは、複数の周波数の超音波を切り替えて使用可能な超音波振動子と、前記複数の周波数を設定するための読み取り可能な識別子が配置され、超音波観測装置の接続部に接続されるプローブ接続部と、前記接続部近傍に設けられ、前記超音波観測装置の接続部と前記識別子との位置関係を変更可能な切替機構部と、を有し、前記超音波振動子を回転走査する機械走査式超音波プローブが接続される接続部と、前記接続部に設けられ、前記超音波プローブの接続位置を変更することにより、前記識別子の位置により異なった識別信号として検出する検出手段と、前記検出手段により検出した前記識別信号に対応して前記超音波振動子に出力する周波数を切替設定する周波数切替手段とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
前記超音波観測システムにおける前記検出手段は、前記超音波プローブの回転可能な部材に設けられた前記識別子としての少なくとも１つの電磁波反射手段からの反射信号を受ける電磁波受け部材を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による超音波振動子を回転走査する機械走査式超音波プローブは、複数の周波数の超音波を切り替えて使用可能な超音波振動子と、前記複数の周波数を設定するための読み取り可能な識別子が配置され、超音波観測装置の接続部に接続されるプローブ接続部と、前記接続部近傍に設けられ、前記超音波観測装置の接続部と前記識別子との位置関係を変更可能な切替機構部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明による超音波プローブ用アダプは、複数の周波数の超音波を切り替えて使用可能な超音波振動子を有し、前記超音波振動子を回転走査する機械走査式超音波プローブが接続される第１の接続部と、前記複数の周波数を設定するための読み取り可能な識別子が配置され、超音波観測装置の接続部に接続される第２の接続部と、前記第２の接続部近傍に設けられ、前記超音波観測装置の接続部と前記識別子との位置関係を変更可能な切替機構部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図８は本発明の一実施形態に係り、図１は超音波観測システムを説明する図、図２は超音波プローブの挿入部先端部を説明する図、図３は超音波振動子の概略構成を説明する図、図４は複合圧電体の構成を説明する図、図５は超音波振動子の周波数特性帯域を示す図、図６は超音波プローブの接続部の構成を説明する図、図７はプローブ駆動ユニットの要部の構成を説明する図、図８は超音波観測システムの概略構成を示すブロック図である。
【００１３】
なお、図６（ａ）は接続部の構成を説明する断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図７（ａ）はプローブ駆動ユニットの連結部の構成を説明する断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【００１４】
図１に示すように本実施形態の超音波診断システム１は、先端側に後述する超音波振動子を内蔵した細長な挿入部２ａを備えた超音波プローブ２と、前記超音波プローブ２の基端部に設けた接続部２ｂが着脱自在に接続される連結部３ａを備えたプローブ駆動ユニット（以下、駆動ユニットと略記する）３と、この駆動ユニット３とコネクタ３ｂを介して電気的に接続され、超音波画像を生成する超音波観測装置４と、この超音波観測装置４で生成された超音波画像を表示するモニタ（図８符号５参照し）とで主に構成されている。
【００１５】
なお、前記接続部２ｂを前記駆動ユニット３の連結部３ａに配設することによって、機械的及び電気的な接続状態になる。
また、前記超音波観測装置４及びモニタは、図示しないカート等にそれぞれ載置されており、前記駆動ユニット３は例えば支持アーム等によってカートに一体的に固定されている。
【００１６】
図２に示すように前記超音波プローブ２の挿入部２ａの先端部には超音波透過性に優れた高密度ポリエチレン、ポリメチルペンテン等の部材で形成された先端キャップ２１が配置されており、この先端キャップ２１の内部には超音波振動子１０を設けたハウジング１１が回転自在に配置されている。このハウジング１１の基端部には回転駆動力を伝達する回転力伝達部材である例えばフレキシブルシャフト２２の一端部が固定されている。
【００１７】
このフレキシブルシャフト２２の内部には前記超音波振動子１０と前記超音波観測装置４とを電気的に接続する例えば同軸ケーブルで構成された信号ケーブル（図８の符号１２参照）が挿通している。
【００１８】
図３に示すように前記超音波振動子１０は、例えば円板状の複合圧電体１３を使用したものであり、この複合圧電体１３を金属製のケース体１４内に配設して構成したものである。
【００１９】
前記複合圧電体１３には図中上面側表面に設けた第１電極１５ａと、この上面側表面に対向する下面側表面に設けた第２電極１５ｂとが設けられている。この第２電極１５ｂと前記第１電極１５ａとは電気的に別体であり、前記第１電極１５ａを設けた上面側が超音波放射面である。そして、前記第２電極１５ｂには信号用導体１６の一端部が接続され、前記第１電極１５ａにはグランド線となるアース用導体１７の一端部が接続されている。このアース用導体１７の他端部は、前記ケース体１４の外表面に接続されている。
【００２０】
前記ケース体１４内に配設されている複合圧電体１３の下面側には超音波吸収体１８を設け、曲面を形成した上面側には前記ケース体１４の先端面までを覆うように整合層１９が設けてある。
【００２１】
なお、符号２０は第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの電気的な接触を防止するための樹脂製の絶縁部材であり、前記超音波吸収体１８及び複合圧電体１３のそれぞれ外周側に設けられている。
【００２２】
また、前記信号用導体１６の他端部には前記信号ケーブルの芯線が接続され、前記アース用導体１７の他端部が接続されたケース体１４にはこの信号ケーブルのシールド線が接続されている。
【００２３】
図４に示すように前記複合圧電体１３は、圧電素子３０に例えば縦・横方向に延びる複数の分割溝３１，…，３１を設け、この分割溝３１中にポリウレタン、エポキシ等の樹脂部材３２を充填して前記圧電素子３０の体積充填率が２０〜４５％になるように構成したものであり、この構成により音響インピーダンスを生体の有する音響インピーダンスに近づけている。
【００２４】
なお、前記整合層１９の音響インピーダンスは、前記複合圧電体１３の音響インピーダンスより低いエポキシ樹脂で形成されている。
【００２５】
上述のように構成されている超音波振動子１０を駆動させて超音波を放射させると、図５に示すような超広範な帯域特性が得られる。このとき、受信信号の周波数特性−６ｄＢにおける高い方の周波数ｆｈが２０ＭＨｚであり、低い方の周波数ｆｌが３ＭＨｚであるので、
−６ｄＢ比帯域＝（周波数ｆｈ−周波数ｆｌ）／中心周波数ｆｃ
中心周波数ｆｃ＝（周波数ｆｈ＋周波数ｆｌ）／２  である。
【００２６】
上記式に周波数ｆｈ＝２０ＭＨｚ、及び周波数ｆｌ＝３ＭＨｚを代入することによって、−６ｄＢにおける比帯域が約１５０％と広帯域である。
【００２７】
つまり、この超音波振動子１０は、例えば周波数７．５ＭＨｚの固定焦点タイプの遠距離観察用超音波振動子及び周波数１２ＭＨｚ又は２０ＭＨｚの固定焦点タイプの近距離観察用超音波振動子のそれぞれの機能を有する。
【００２８】
図６（ａ）に示すように前記超音波プローブ２の接続部２ｂには前記超音波振動子１０を駆動させる周波数を、例えば周波数７．５ＭＨｚ又は周波数１２ＭＨｚ又は周波数２０ＭＨｚに切替設定するための周波数切替機構部５０が設けられている。
【００２９】
この周波数切替機構部５０は、前記フレキシブルシャフト２２の基端部が配置される空間部を有するコネクタ本体２３と、このコネクタ本体２３に固定ネジ２４によって一体的に固定されるパイプ部材２５とで構成されたケース体の外装部材として配置されている。
【００３０】
具体的に周波数切替機構部５０は、前記ケース体を覆い包む外装部材となるパイプ形状のハウジング５１と、このハウジング５１の外周面から突出するレバー部５２ａ及び前記ハウジング５１の基端部に配置されて前記パイプ部材２５を覆い囲む管状の胴部５２ｂを有し、前記パイプ部材２５に対して回動自在に配置されたレバー部材５２とで構成されている。
【００３１】
前記レバー部材５２のレバー部５２ａは、前記胴部５２ｂの一端面側から胴部５２ｂの中心軸に対して略平行に延出された切片部５２ｃの端部に設けられている。
【００３２】
図６（ｂ）に示すように前記レバー部５２ａは、前記ハウジング５１の中途部に形成された切り欠き溝５１ａから突出して配置されており、このレバー部５２ａが二点鎖線に示す範囲を回動する構成になっている。
【００３３】
図６（ｃ）に示すように前記胴部５２ｂの外周面所定位置には電磁波反射手段である反射体５３が３つ設けてある。したがって、前記レバー部５２ａを回動操作することによって前記反射体５３の位置が変化する。
【００３４】
前記パイプ部材２５内には前記駆動ユニット３の図示しない回転駆動源の回転力を前記フレキシブルシャフト２２に伝達するとともに、前記超音波観測装置４と超音波振動子１０とを電気的に接続するコネクタ部２６が回転自在に配置されている。このコネクタ部２６には回転駆動力を伝達する回転伝達ピン２７が配置されるとともに、前記フレキシブルシャフト２２内を挿通する信号ケーブル１２の基端部と電気的に接続されたプラグ２８が設けられている。
【００３５】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように前記超音波プローブ２の接続部２ｂが挿入配置される駆動ユニット３の連結部３ａには前記プラグ２８と電気的に接続されるレセプタクルコネクタ３３及び前記回転伝達ピン２７が係入配置される係入孔３４ａを設けた回転部材３４とが配置されるとともに、固定部材３５の所定位置には前記胴部５２ｂの外周面に設けた反射体５３に向けて電磁波を照射する一方、この反射体５３で反射した電磁波を受波する周波数切替機構部の電磁波受け部材を構成する一対のフォトリフレクタ３５ａ，３５ｂが対向する所定の位置関係で配置されている。
【００３６】
図８に示すように前記超音波振動子１０から延出する信号ケーブル１２は、前記超音波振動子１０を設けたハウジング１１に固定されているフレキシブルシャフト２２内を挿通して前記駆動ユニット３内の図示しないスリップリングや増幅回路３７等を経て前記超音波観測装置４内の送受信回路４１に接続されている。
【００３７】
このため、前記送受信回路４１内の複数の周波数（例えば７．５ＭＨｚ、１２ＭＨｚ、２０ＭＨｚ）の駆動信号を超音波振動子に向けて出力することが可能な送信回路から前記信号ケーブル１２を介して超音波振動子１０に所望の周波数の駆動信号を印加すると、この超音波振動子１０から設定した周波数の超音波が送波される。そして、この超音波振動子１０から送波された超音波は、音響インピーダンスが変化した部位で反射されて、反射超音波となり再び超音波振動子１０で受波されてエコー信号になる。
【００３８】
このエコー信号は、前記信号ケーブル１２を介して前記増幅回路３７に伝送され、増幅されたエコー信号が前記送受信回路４１の受信回路に入力する。この受信回路に取り込まれたエコー信号は、Ａ／Ｄ変換回路４２に出力されてデジタル変換された後、デジタルスキャンコンバータ（以下ＤＳＣと略記する）４３に入力されて所定のテレビジョン方式の画像データに変換される。そして、Ｄ／Ａ変換回路４４でアナログの画像信号に変換された後、混合器４５を介してモニタ５に出力される。このことにより、モニタ５の画面上に超音波断層像が表示される。
【００３９】
なお、符号４６は前記周波数切替機構部５０のレバー部材５２が回動操作されたときの使用者の指定した周波数を検知する検知回路であり、符号４７はこの検知回路４６の検知結果に基づいて、前記送受信回路４１の送信回路から超音波振動子１０に印可する駆動信号の周波数を切替設定する周波数切替回路である。
【００４０】
上述のように構成した超音波診断システム１の作用を説明する。
例えば、術者が周波数切替機構部５０のレバー部５２ａを、図６（ｂ）に示す実線の位置にして超音波観測を行っていたとする。すると、前記モニタ５の画面上には周波数７．５ＭＨｚの超音波を送波して得られる超音波断層像とともに、超音波振動子１０を駆動している周波数を示す７．５ＭＨｚの文字が表示される。
【００４１】
ここで、術者が周波数を７．５ＭＨから２０ＭＨｚに変更して近距離の観察を行う場合には、超音波プローブ２を体腔内から抜去することなく、前記周波数切替機構部５０のレバー部５２ａを操作する。そして、前記レバー部５２ａを図６（ｂ）の実線に示す位置から二点鎖線に示す符号６０の位置に回転変更させる。
【００４２】
すると、このレバー部５２ａの操作に伴って回転する胴部５２ｂに設けられている反射体５３の位置が変化する。このことにより、前記反射体５３で反射されて前記フォトリフレクタ３５ａ，３５ｂに入射する電磁波に変化が起こる。つまり、レバー部５２ａが実線に示す位置のとき、２つのフォトリフレクタ３５ａ，３５ｂに前記反射体５３からの反射波が入射していた状態から、１つのフォトリフレクタ３５ａに前記反射体５３からの反射波が入射する状態になる。
【００４３】
このため、検知回路４６には２つのフォトリフレクタ３５ａ，３５ｂからの検知信号が入力されていた状態からフォトリフレクタ３５ａからの検知信号だけが入力された状態になる。このことにより、前記検知回路４６では周波数切替回路４７に周波数を７．５ＭＨｚから２０ＭＨｚに切替設定する旨の指示信号を出力する。
【００４４】
そして、この指示信号を受けた周波数切替回路４７では混合器４５を介して画面上に周波数２０ＭＨｚであることを告知する文字情報を出力する一方、送受信回路４１の送信回路から出力される駆動信号の周波数が２０ＭＨｚになるように切り替える。すると、超音波振動子１０に印加される駆動信号の周波数が７．５ＭＨｚから２０ＭＨｚに切り替わってて、モニタ５の画面上に周波数２０ＭＨｚで得られる超音波断層像とともに周波数が２０ＭＨｚであることを示す文字が表示される。
【００４５】
なお、前記レバー部５２ａを符合６１の位置に配置した場合にはフォトリフレクタ３５ｂにだけ前記反射体５３で反射された電磁波が入射するため、検知回路４６には１つのフォトリフレクタ３５ｂからの検知信号だけが入力される。このことによって、検知回路４６では周波数切替回路４７に周波数を１２ＭＨｚに切替設定する旨の指示信号を出力する。
【００４６】
このように、周波数帯域が広範な特性を有する超音波振動子を設けた超音波プローブに回転操作によって切替えを行える周波数切替機構部を設けることによって、使用者が周波数切替機構部を適宜操作することよって、超音波振動子に印加する駆動信号の周波数を切替設定することができる。
【００４７】
このことにより、超音波プローブの接続部に設けられている周波数識別用の反射シールの位置、或いは有無を検知して周波数を切り変えるように構成されている超音波観測装置を利用して、周波数帯域が広範な特性を有する超音波振動子を設けた超音波プローブを備えた超音波診断システムの構築が可能になる。
【００４８】
なお、本実施形態においては周波数切替機構部を超音波プローブの接続部に設ける構成を説明したが、周波数切替機構部を超音波プローブ以外に例えばプローブ駆動ユニットに設ける構成にしたり、図９に示すように前記機械式超音波プローブと前記プローブ駆動ユニットとを連結するアダプタに周波数切替機構部７０を設ける構成にしてもよい。この周波数切替機構部７０ではアダプタ本体７１に形成された切り欠き溝７１ａからレバー部材７２のレバー部７２ａが突出しており、このレバー部７２ａを回動操作することによって胴部７２ｂの外周面所定位置に配置されている反射体５３の位置が変化して、超音波振動子に印加する駆動信号の周波数を切替設定することができる。なお、符号７３はプローブ側コネクタ部であり、符号７４は装置側コネクタ部である。
【００４９】
また、本実施形態では前記反射体５３を３箇所に設ける構成例を示しているが、細長な帯状の反射体を胴部５２ｂに設ける構成をとるようにしてもよい。
【００５０】
さらに、本実施形態では周波数を７．５ＭＨｚ、１２ＭＨｚ、２０ＭＨｚの３段階で切り替える構成を示しているが、周波数を２段階で切り替える構成や、３段階以上で切り替える構成にしてもよい。
【００５１】
なお、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【００５２】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【００５３】
（１）超音波振動子を回転走査する機械走査式超音波プローブと、この機械走査式超音波プローブが接続されるプローブ駆動ユニットと、このプローブ駆動ユニットが接続される超音波観測装置とを備える超音波観測システムにおいて、
前記機械走査式超音波プローブのプローブ駆動ユニット側に、前記超音波観測装置から前記超音波振動子に出力する周波数を切替設定するための周波数切替機構部を設けた超音波観測システム。
【００５４】
（２）前記周波数切替機構部は、回転可能な部材に設けた少なくとも１つの電磁波反射手段と、この電磁波反射手段からの反射信号を受ける電磁波受け部材とを具備する付記１記載の超音波観測システム。
【００５５】
（３）前記超音波振動子は周波数帯域が超広範な特性を有する付記１記載の超音波観測システム。
【００５６】
（４）前記周波数切替機構部を、前記機械式超音波プローブの基端部が配置される前記プローブ駆動ユニットに設けた付記２記載の超音波観測システム。
【００５７】
（５）前記周波数切替機構部を設けたアダプタを構成し、このアダプタを介して前記機械式超音波プローブと前記プローブ駆動ユニットとを連結する付記２記載の超音波観測システム。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来の超音波観測システムの構成を変えることなく、広範囲の周波数帯域に渡る超音波を放射することが可能な超音波振動子を設けた超音波プローブを使用することが可能な超音波観測システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ないし図８は本発明の一実施形態に係り、図１は超音波観測システムを説明する図
【図２】超音波プローブの挿入部先端部を説明する図
【図３】超音波振動子の概略構成を説明する図
【図４】複合圧電体の構成を説明する図
【図５】超音波振動子の周波数特性帯域を示す図
【図６】超音波プローブの接続部の構成を説明する図
【図７】プローブ駆動ユニットの要部の構成を説明する図
【図８】超音波観測システムの概略構成を示すブロック図
【図９】機械式超音波プローブとプローブ駆動ユニットとを連結するアダプタの一構成例を説明する図
【符号の説明】
１…超音波診断システム
２…超音波プローブ
２ｂ…接続部
３…プローブ駆動ユニット
４…超音波観察装置
３６ａ、３６ｂ…フォトリフレクタ
４１…送受信回路
４６…検知回路
４７…周波数切替回路
５０…周波数切替機構部
５１…ハウジング
５２…レバー部材
５２ａ…レバー部
５２ｂ…胴部
５３…反射体
【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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