JP2015505679A - 超音波画像を融合することによる介入現場画像ガイダンス - Google Patents
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Abstract
Description
[1]アクティブロボットを含む機械ベースの追跡(DaVinciロボット[http://www.intuitivesurgical.com,2010年8月2日])及び受動コード化機械アーム(Faro機械アーム[http://products.faro.com/product−overview,2010年8月2日])、
[2]光学ベースの追跡(NDI Opto Trak[http://www.ndigital.com,2010年8月2日]、Micron Tracker[http://www.clarontech.com,2010年8月2日])、
[3]音響ベースの追跡、及び、
[4]電磁気(EM)ベースの追跡(Ascension Technology[http://www.ascension−tech.com,2010年8月2日])。
・表面特性及び環境を適合するためのカラー、
・異なるパターンを介して経時的にランダム化する/反復する、若しくは、
・パターンと投射されたガイダンスの両方は表面を再構成するために統合され最適化され得る。
・(例えば、色変化背景、フレーム、若しくは画像色合い、又は聴覚キューにより、一般的「近さ」を示す)近接マーカ、
・(例えば、照準線、サークル、標的に向かって指し示す)ターゲットマーカ、
・(例えば、ライン、扇、多角形とぴったり合う)整列マーカ、
・(例えば、臨界の領域、形状的に若しくは解剖学的に手の届かない領域などを示す形状を。回避するための)エリア境界設定、
・他の情報を視界の中心内部に投射させるための、視界の端部上のサークルからのパターン、
・上述の組み合わせ。
・カメラ/プロジェクタ構成は90°回転し平面内と平面外の両方の介入のためのガイダンスを可能にし得る。
・ブラケット高さは調整され得る。
・搭載ブラケットは、例えば、一つのプロジェクタでスタートして一つのカメラを加える、若しくは、一つのプロジェクタ及び二つのカメラでスタートして更なるプロジェクタを加えるなど、カメラ、プロジェクタを追加するためのモジュラであってもよい。
・(図26Aのような)平面表面に添付するダブルウエッジファントム、若しくは、(図26Bのような)マルチラインファントム。両方とも、超音波座標フレームとカメラ座標フレームとの間の剛体変換を見積もるのに用いられ得る可能なファントムの別途のデザインである。原理的に、(図26Aと図26Bのような)超音波可視コンポーネントと光学可視コンポーネントを含む周知の形状を伴うファントムは、両方のモダリティ内で同時に観察される。それぞれの個々のモダリティ内の両方のコンポーネントのポーズの回復により、ファントムに関するカメラと超音波トランスデューサのポーズの再構成が可能となり、よって、相互の相対のポーズのキャリブレーションが可能となる。図33も参照されたい。
・表面に接続されカメラにより観測される、周知の形状を伴うマルチライン。
・従前の容器測定スキャンからの、周知形状を伴う複雑形状ファントム。ライブの表面/US(超音波)データと対応する術前データの両方を登録することにより、システムをキャリブレートできる。
・超音波で破裂し得(カメラにより観察される)可視マークを形成し得るナノカプセルを利用することにより、ファントムの特性は導入され得る。
・構造化システムに透過するドレープ。
・IR(赤外線)透過若しくは波長固有であり患者の表面若しくは器官をスキャンできるドレープ。
・テクスチャ若しくは検出可能基準座標系からなり、直接の表面追跡及び登録/再構成を可能にするドレープ。
・蛍光性及び/又はリン光性効果を利用する感光性物質からなるドレープ。
・感圧するドレープ――プローブ圧力による、若しくは呼吸による圧力変化による色変化。
以下は、本発明の複数の実施形態に係る複数の例示を提供する。これらの例示は、本発明の概念の一部の記載を促進するのに提供されるものであり、本発明の広汎な概念を限定することを意図するものでは無い。
一つの実施形態(ハンドヘルドUSプローブトラッキング)では、本発明の形態は光慣性プローブトラッキング(OIT)のためのソフトウエアシステムを含む。OTUは、走査表面(例えば、皮膚若しくは腸壁)に亘る局所移動データを含み、加速器及び/又はジャイロスコープは、アブソルートオリエンテーション及び/又は回転動作データを提供する。局所データについてのそれらのストリームは、経時上組み合わされ、実際のOICセンサ組み合わせ及び現下のプローブのポーズ/動作に依存して、n=2・・・6でのn−Dofプローブ軌跡を再構成する。
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Claims (79)
- 手術の間に身体に関する器具の利用をガイドする際に用いる視覚情報を提供するシステムであって、
撮像面に沿って身体を撮像するように構成された身体撮像システムと、
前記撮像システムの動作の間に撮像の領域を観察するように構成されたカメラと、
前記撮像面と整列するプロジェクタと
を含み、
前記カメラは、前記撮像面に関して軸外で整列し、
前記プロジェクタは、撮像面の配置を示す画像を投射するように構成され、
前記カメラにより記録された画像はスクリーン上にディスプレイされ、
システムはカメラディスプレイ上にガイダンス情報を重ね合わせるように構成され、これにより、前記撮像面と前記重ね合わされたガイダンスにより形成された平面との交差部が前記器具の所定の軌跡に対応するラインを形成する
システム。 - ディスプレイスクリーンは、前記カメラにより記録された画像と共に、前記撮像システムにより生成された画像をディスプレイするように構成されている
請求項1に記載のシステム。 - 手術の間に身体に関する器具の利用をガイドする際に用いる視覚情報を提供する方法であって、
撮像面に沿って身体を撮像するステップと、
カメラを用いて前記撮像するステップの領域をモニタリングするステップと
を含み、
プロジェクタは前記撮像面と整列し、
前記カメラは、前記撮像面に関して軸外で整列し、
前記プロジェクタは、撮像面の配置を示す画像を投射し、
前記カメラにより記録された画像はスクリーン上にディスプレイされ、
ガイダンス情報はカメラディスプレイ上に重ね合わせられる、これにより、前記撮像面と前記重ね合わせられたガイダンス情報により形成された平面との交差部が前記器具の所定の軌跡に対応するラインを形成する
方法。 - 手術の間に身体に関する器具の利用をガイドする際に用いる視覚情報を提供するシステムであって、
撮像面に沿って身体を撮像するように構成された身体撮像システムと、
前記撮像システムの動作の間に撮像の領域を観察するように構成され、前記撮像面と整列するカメラと、
前記撮像面に関して軸外で整列するプロジェクタと
を含み、
前記カメラにより記録された画像はスクリーン上にディスプレイされ、
撮像面の配置を示す情報がディスプレイされたカメラ画像上に重ね合わされ、
プロジェクションシステムは、所定の器具の軌跡に対応するラインを投射する
システム。 - 手術の間に身体に関する器具の利用をガイドする際に用いる視覚情報を提供する方法において、
撮像面に沿って身体を撮像するステップと、
カメラを用いて撮像の領域をモニタリングするステップであって、前記カメラは前記撮像面と整列する、ステップと、
前記カメラにより記録された画像をスクリーン上にディスプレイするステップと、
撮像面の配置を示す情報を前記ディスプレイされたカメラ画像上に重ね合わすステップと、
所定の器具の軌跡に対応するラインを前記投射された画像上に投射するステップと
を含み、
前記投射された画像は、前記撮像面に関して軸外で整列するプロジェクタから投射される、
方法。 - 手術の間に身体に関する器具の利用をガイドする際に用いる視覚情報を提供するシステムであって、
撮像面に沿って身体を撮像するように構成された身体撮像システムと、
前記撮像システムの動作の間に撮像の領域を観察するように構成されたカメラと、
画像を投射するように構成されたプロジェクタと
を含み、
前記カメラと前記プロジェクタのうちの一つは、前記撮像面と整列し、
前記器具が前記手術のための適切な位置及び方向に配置されると、前記プロジェクタは、前記器具により投じられた影の計算された位置に対応する画像を投射するように構成されている、
システム。 - 手術の間に身体に関する器具の利用をガイドする際に用いる視覚情報を提供する方法であって、
撮像面に沿って身体を撮像するステップと、
カメラを用いて撮像の領域をモニタリングするステップであって、前記カメラと前記プロジェクタのうちの一つは前記撮像面と整列し、前記カメラと前記プロジェクタのうちのもう一つのものは、前記撮像面に関して軸外で整列する、ステップと、
前記手術のための適切な位置及び方向に配置された器具により投じられた影の位置を計算するステップと、
前記計算された位置に対応する画像を投射するステップと
を含む
方法。 - 前記計算された位置に対応する前記投射された画像がラインである
請求項7に記載の方法。 - 前記計算された位置に対応する前記投射された画像が様々な厚さのラインである
請求項7に記載の方法。 - 前記計算された位置に対応する前記投射された画像がカラーを含み、様々なカラーは、器具のための最も好ましい位置に関連する多かれ少なかれ正確性の程度を示す、
請求項7に記載の方法。 - 前記計算された位置に対応する前記投射された画像が構造化光パターンの一部である
請求項7に記載の方法。 - 手術の間に身体に関する器具の利用をガイドする際に用いる視覚情報を提供するシステムであって、
撮像面に沿って身体を撮像するように構成された身体撮像システムと、
前記撮像システムの動作の間に撮像の領域を観察するように構成された第1のカメラと、
前記撮像システムの動作の間に撮像の領域を観察するように構成された第2のカメラであって、前記第1と第2のカメラは前記撮像の領域の立体観察のために構成され且つ配置された、第2のカメラと
を含み、
前記第1と第2のカメラは、前記器具の位置及び動作を能動的に追跡するように構成され、
前記システムは、前記手術のための器具の所定の位置及び方向に関連して、器具の位置及び方向に関するガイダンス情報をディスプレイするように構成されている
システム。 - 前記ガイダンス情報がディスプレイスクリーン上にディスプレイされる
請求項12に記載のシステム。 - 前記ガイダンス情報が患者上に投射される
請求項12に記載のシステム。 - 前記ガイダンス情報がディスプレイスクリーン上にディスプレイされ患者上に投射される、請求項12に記載のシステム。
- 前記ガイダンス情報が、前記撮像システムによりキャプチャされた画像の投射上のオーバレイとして、投射される、請求項12に記載のシステム。
- 前記ガイダンス情報が、近接マーカ、ターゲットマーカ、アラインメントマーカ、及びエリア境界設定から成るグループから選択される、請求項12に記載のシステム。
- 前記ガイダンス情報が、投射される画像に若しくは患者に、登録される、請求項12に記載のシステム。
- 前記ガイダンス情報が、位置独立である、請求項12に記載のシステム。
- 更に、ユーザに対して器具の位置及び方向に関する聴覚キューを提供するように構成されている、請求項12に記載のシステム。
- 更に、撮像システムの配置に関するガイダンスを投射するように構成されている、請求項12に記載のシステム。
- 撮像システムにより獲得された画像は、カメラにより記録された画像と共に登録され、プロジェクタは前記登録された画像を用いて、選択されたターゲットに関する視覚化の改良のためのガイダンス情報を投射する
請求項12に記載のシステム。 - 前記身体の格納された従前の画像を参照して、所望のターゲットの最適な撮像のための撮像システムの配置に関するガイダンスを提供するように構成されている、
請求項1、4、6、及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 前記撮像システムからのライブ画像を覆って重ね合わされル前記ガイダンス情報を表示するように構成されている、
請求項1、4、6、及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 前記ガイダンス情報が、照準線、外挿ニードル位置及び方向ライン、並びに、標的エラーベクトルに基づいてサイズ、色、及び/又は相対位置を変更する対のシンボルからなるグループから選択される
請求項1、4、6、及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - シングル、ステレオ、若しくはマルチプルビューに亘る所望の器具の位置及び方向に対応して、整列ラインを重ね合わせるように構成され、現下の器具の位置及び方向を示す器具整列ラインを投射するように構成された、請求項1、4、6、及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。
- 前記投射されたガイダンス情報は、ユーザによる器具整列の容易さを改良するように構成されている、請求項1、4、6、及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。
- ガイダンス情報はラインのフォームを取り、ラインはラインに亘って集中するサークル、ディスク、若しくは楕円のシリーズにより、強調される
請求項1、4、6、及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 前記ガイダンスの厚さは、検出された器具の寸法、プロジェクタへの距離、身体への距離に基づいて変動する
請求項1、4、6、及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 手術の間に身体に関する器具の利用をガイドする際に用いる視覚情報を提供するシステムであって、
撮像面に沿って身体を撮像するように構成された身体撮像システムと、
前記撮像システムの動作の間に撮像の領域を観察するように構成された第1のカメラと、
前記撮像システムの動作の間に撮像の領域を観察するように構成された第2のカメラであって、前記第1と第2のカメラは前記撮像の領域の立体観察のために構成され且つ配置された、第2のカメラと、
二つの異なる角度から、前記撮像システムからの画像を投射するように構成されたプロジェクタアセンブリと
を含み、
前記第1と第2のカメラは、前記器具の位置及び動作を能動的に追跡するように構成され、
前記システムは、交差するシャドウを用いて、前記手術のための器具の所定の位置及び方向に関連して、器具の位置及び方向に関するガイダンス情報をディスプレイするように構成されている
システム。 - 前記プロジェクタアセンブリは、二つのプロジェクタを含む
請求項30に記載のシステム。 - 前記プロジェクタアセンブリは、単体のプロジェクタ、ビームスプリッタ、及び、同じ画像の多重投射を生成する複数のミラーを含む
請求項30に記載のシステム。 - 撮像システム、プロジェクタ、及び一対のカメラをキャリブレートする方法であって、
平面ターゲット上にパターンを投射するステップと、
カメラにより平面ターゲットを観察するステップと、
撮像システムにより平面ターゲットの複数の画像を同時に生成するステップと、
カメラのキャリブレーションを生成するために平面ターゲット上で特性を利用するステップと、
空間内のターゲット平面の位置を算出するためにキャリブレーションを利用するステップと、
複数の画像平面とターゲット平面との交差を表す多重ラインを処理することにより、カメラと撮像システムの相対位置を計算するステップと
を含む方法。 - 撮像システム、及びカメラをキャリブレートする方法であって、
カメラにより平面ターゲットを観察するステップと、
前記撮像システムにより周知の形状を撮像するステップと、
カメラと撮像システムの相対位置を計算するために、平面ターゲット及び周知の形状の特性を利用するステップと
を含む方法。 - 前記平面ターゲット及び前記周知の形状の相対位置が周知である
請求項34に記載の方法。 - 周知の形状が二重のくさびであり、平面ターゲットが二重のくさびに直接に若しくは間接に接続する
請求項34に記載の方法。 - カメラシステムにより撮像システムをキャリブレートする方法であって、
カメラシステムにより複雑なボリュームを撮像し同時にボリュームを記録するステップと、
撮像システム及びカメラシステムの各々を用いて、ボリュームの表面モデルを生成するステップと、
ボリュームの計算モデルに前記表面モデルを登録するステップと、
カメラと撮像システムの相対位置を計算するステップと
を含む方法。 - カメラシステムにより撮像システムをキャリブレートする方法であって、
前記撮像システム及び前記カメラシステムを用いて、マイクロカプセルの破裂を同時に記録するステップと、
前記システムにより記録された前記破裂からのデータを登録するステップと、
前記登録に基づいてカメラと撮像システムの相対位置を計算するステップと
を含む方法。 - 撮像システム、ステレオカメラシステム、及びプロジェクタをキャリブレートする方法であって、
前記カメラシステムから投射される可視光線が落ち、プロジェクタの光心と交差する、複数の表面を観察するステップと、
投射の中心を計算するために外挿される、空間における一連のポイントを算出するために前記観察を利用するステップと
を含む方法。 - 撮像システムによりカメラシステムを一時的にキャリブレートする方法であって、
撮像システムによりトリガ信号を生成するステップと、
カメラの取得をトリガするために前記トリガ信号を利用するステップと
を含む方法。 - カメラシステムと撮像システムを一時的にキャリブレートする方法であって、
ターゲット上で、前記カメラシステムと前記撮像システムを移動するステップと、
カメラシステムと撮像システムの夫々の軌跡をマッチすることにより、一時的差異を計算するステップと
を含む方法。 - 身体撮像システムと利用する、投射ガイダンスシステムのインテグリティをチェックする方法であって、
カメラシステムを利用して、器具の配置及び方向を記録するステップと、
撮像システムにより生成される画像に対して、器具の画像を投射するステップと、
器具の観察された配置が、器具の投射された画像と異なるならば、ユーザに食い違いのキューを与えるステップと
を含む方法。 - 身体撮像システムと利用する、投射ガイダンスシステムのインテグリティをチェックする方法であって、
撮像システムを利用して、器具の配置及び/又は方向を記録するステップと、
前記器具の、カメラ記録画像をおおって、前記記録された配置及び/又は方法をディスプレイするステップと、
器具の観察された配置が、器具のディスプレイされた配置と異なるならば、ユーザに食い違いのキューを与えるステップと
を含む方法。 - 身体撮像システムと利用する、投射ガイダンスシステムのインテグリティをチェックする方法であって、
身体撮像システムとカメラアセンブリの両方を用いて、器具の配置及び方向を能動的に追跡するステップと、
器具の配置、方向、及び軌跡に関する情報をユーザに提供するために前記能動的に追跡するステップからの情報を利用するステップと
を含む方法。 - 器具の曲がりを検出するために前記能動的に追跡するステップからの情報を利用するステップを含む、請求項42〜44のうちのいずれか一に記載の方法。
- 身体内の器具の配置を追跡するために撮像システムの利用を最適化する方法であって、身体の外部で前記器具の配置及び方向を検出するために前記撮像システムを利用するステップと、
軌跡ガイダンスを決定し投射するために、ターゲット配置及び方向と共に、検出された配置及び方向を利用するステップと
を含む方法。 - 身体撮像システムと連動して器具ガイダンスのためにプロジェクタを利用する方法であって、
器具のための身体挿入ポイントを計算して投射するステップと、
初期の器具の画像キャプチャのためのターゲットエリアとして前記投射された身体挿入ポイントの近傍の領域を利用するステップと
を含む方法。 - 身体撮像システムと連動して器具ガイダンスのためにプロジェクタを利用する方法であって、
器具のための身体挿入ポイントを計算して投射するステップと、
前記投射された身体挿入ポイントの近傍の領域の外部に落ちる器具画像キャプチャデータを放棄するステップと
を含む方法。 - 身体撮像システムと連動して器具ガイダンスのためにプロジェクタを利用する方法であって、
器具のための身体挿入ポイントを計算して投射するステップと、
前記器具の計算された配置及び方向が予測された器具の振る舞いに反する時期を検出するステップと
を含む方法。 - 身体内での器具の貫通の深度を示す方法であって、
撮像システム、カメラシステム、及び両者の組み合わせから選択された装置を用いて器具上の基準を検出するステップと、
経時的に基準の配置を追跡するステップと
を含む方法。 - 基準は器具に添付された反射素子を含む
請求項50に記載の方法。 - 基準は器具上のダークリングである
請求項50に記載の方法。 - 貫通の深度は、患者表面から、空間における基準の配置を差し引き、その結果をニードルの長さから差し引くことで、計算される
請求項50に記載の方法。 - 器具が身体に送球されるとき、身体に対応する器具上の配置を示す基準ランドマークが、前記器具上に投射される
請求項50に記載の方法。 - 身体の外部に残余して身体内における器具の所望の深度に関するリマインダをユーザに示す、複数の基準マークを器具上にディスプレイするステップを、更に含む
請求項50に記載の方法。 - プロジェクタが、表面上に視覚インターフェースを投射するように構成され、
カメラシステムが、視覚インターフェースと相互作用することでユーザがシステムに命令を与える視覚インターフェースとのユーザのインターアクションを追跡するように構成されている
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 投射表面上に視覚インターフェースを投射するとき、プロジェクタが投射表面の三次元構造を構成する
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - カメラシステムが、システム命令のためのユーザジェスチャを追跡するように構成されている
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 撮像システムのリモートコントロールのために構成されているハンドヘルド装置を、更に含む
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 前記カメラ及び/又は前記撮像システムにより記録される画像のディスプレイのために構成されているハンドヘルド装置を、更に含む
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 透過情報オーバレイのため、患者への登録のために構成されているハンドヘルド装置を、更に含む
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 撮像システムによる登録を維持し、視覚化とガイダンスの両方のために構成されている、ディスプレイシステムを、更に含む
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 前記撮像システムは、空間における位置に基づいて術前情報を示すように構成されている取り外し可能のディスプレイを有する
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - ネットワーク接続を更に含み、システム計算及び/又はデータ記録は前記ネットワーク接続に亘って遠隔で行われる
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 前記システムとの統合のために更なるカメラ若しくはプロジェクタを受けるように構成されている搭載ブラケットを、更に含む
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 前記カメラ及びプロジェクタの少なくとも一部を包含し、殺菌剤に耐性がある、ハウジングを、更に含む
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 前記カメラ及びプロジェクタのうちの少なくとも一つのための殺菌さやを更に含み、前記殺菌さやは、投射及びカメラの記録をさせる透明固定プラスチックウインドウを包含する
請求項1、4、6及び12のうちのいずれか一に記載のシステム。 - 前記対象者の少なくとも一部を覆うドレープ上に前記画像を投射するステップを含む
請求項3、5、7及び79のうちのいずれか一に記載の方法。 - 前記ドレープが、構造化光透過のドレープ、IR透過のドレープ、及び波長固有のドレープから成るグループから選択される
請求項68に記載の方法。 - 前記ドレープが、直接表面追跡及び登録を行うのに十分である検出可能基準座標系を含む
請求項68に記載の方法。 - 前記ドレープが、蛍光性若しくはリン光性高価を有する感光性物質を含む
請求項68に記載の方法。 - 光活性ダイを用いて前記患者上に情報をプリントするステップを含む
請求項3、5、7及び79のうちのいずれか一に記載の方法。 - 追跡、ガイダンス及び表面のための投射を最適化するために、カメラにより投射画像を時分割多重化するステップを、更に含む
請求項3、5、7及び79のうちのいずれか一に記載の方法。 - 投射パターンを時分割多重化する若しくは空間変調するステップを、更に含む
請求項3、5、7及び79のうちのいずれか一に記載の方法。 - 空間及び/又は時間に従って適応パターンを投射するステップを、更に含み、
前記適応パターンは、表面距離によるパターンの空間周波数の変化、構造サイズ及び/又はカメラ解像度、表面特性に適合するパターンカラーの変化、及び経時的なパターンのランダム化から成るグループから、選択される
請求項3、5、7及び79のうちのいずれか一に記載の方法。 - 投射されたパターンとガイダンス情報の両方が統合され、身体表面を再構成するように最適化される
請求項3、5、7及び79のうちのいずれか一に記載の方法。 - 投射アウトプットを同期化し、ガイダンスとステレオ構造の両方のために、時間に対し空間多重化パターンを許容するステップを、更に含む
請求項3、5、7及び79のうちのいずれか一に記載の方法。 - 同時に若しくは時分割多重化により、可視光帯と不可視光帯の両方を伴うマルチバンド投射を利用するステップを、更に含む
請求項3、5、7及び79のうちのいずれか一に記載の方法。 - 手術の間に身体に関する器具の利用をガイドする際に用いる視覚情報を提供する方法において、
撮像面に沿って身体を撮像するステップと、
前記撮像システムの手術間の撮像の領域を第1のカメラにより観察するステップと、
前記撮像システムの手術間の撮像の領域を第2のカメラにより観察するステップであって、前記第1と第2のカメラは前記撮像の領域の立体視観察のために構成され且つ配置されている、ステップと、
前記第1と第2のカメラにより、前記器具の配置及び移動を能動的に追跡するステップと、
前記手術のための器具の所望の配置及び方向に関連して器具の配置及び方向に関するガイダンス情報をディスプレイするステップと
を含む方法。
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