(57)【要約】      （修正有）【課題】  トラブルのないデータ伝送を可能にするインプラントと組合わせた測定システムを提供する。【解決手段】  インプラントまたはその範囲の少なくとも１つの物理的または化学的な測定量を測定するため、インプラントと共に移植可能である測定ユニット、測定ユニットと一体化されてまたはそれとともに連結されることができる移植可能な内部伝達ユニット、体外的に提供される受信機ユニット、内部伝達ユニットと体外受信機ユニットとの間の第１の伝達経路（ダウンリンク）、体外的に提供される伝達ユニット、外部伝達ユニットによって制御可能である移植可能な受信機ユニット、外部伝達ユニットと内部受信機ユニットとの間の第２の伝達経路（アップリンク）であって、測定ユニットおよび内部伝達ユニットは第２の伝達経路で制御されている経路、および音響振動または波動のそれぞれによって作動している第１の伝達経路を有することを特徴とするシステム。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インプラントと組み合わされるデータ伝送システムであって、前記インプラントまたはその前記範囲の少なくとも１つの物理的または化学的な測定量を測定するため、前記インプラントと共に移植可能である測定ユニット、前記測定ユニットと一体化されてまたはそれとともに連結されることができる移植可能な内部伝達ユニット、体外的に提供される受信機ユニット、前記内部伝達ユニットと前記体外受信機ユニットとの間の第１の伝達経路（ダウンリンク）、体外的に提供される伝達ユニット、前記外部伝達ユニットによって制御可能である移植可能な受信機ユニット、前記外部伝達ユニットと前記内部受信機ユニットとの間の第２の伝達経路（アップリンク）であって、前記測定ユニットおよび前記内部伝達ユニットは前記第２の伝達経路で制御されている経路、音響振動または波動のそれぞれによって作動している前記第１の伝達経路を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ伝送システムであって、前記第２の伝達経路は電磁波で作動することを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のデータ伝送システムであって、前記第２の伝達経路を通じて、前記測定ユニット、前記内部受信機および伝達ユニットの動作のためのエネルギーとデータの両方が伝導されることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のデータ伝送システムであって、第３の伝達経路は、データおよび音響振動、または波動のそれぞれを伝導するように作動することを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のデータ伝送システムであって、前記測定ユニットおよび前記内部受信機および伝達ユニットは、生物学的適合性材料の中にカプセル化されることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のデータ伝送システムであって、前記内部伝達ユニットは、前記インプラントと音響的に連結することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のデータ伝送システムであって、前記外部伝達ユニットおよび／または前記外部受信機ユニットは、皮膚への連結のために設計されることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のデータ伝送システムであって、金属ピン等により経皮的通路を有するインプラントにおいて、前記ピンは前記第１の伝達経路を構成することを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のデータ伝送システムであって、前記測定ユニットおよび前記内部伝達および受信機ユニットは、髄内ネイルに設置され、前記外部音響受信機ユニットは、前記ネイルの対応する端部、または、前記ネイルに連結されるように適応するドライバー機器にそれぞれ取り付けられるように適応していることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
インプラントと組み合わされるデータ伝送システムであって、内部伝達ユニットを有する移植可能なトランスポンダ、体外的に提供される受信機ユニット、内部伝達ユニットと体外受信機ユニットとの間の第１の伝達経路（ダウンリンク）、前記アップリンク経路に沿った誘導的および／または容量性の連結による電磁電源装置、音響振動または波動によってそれぞれ作動している第１の伝達経路を有することを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のデータ伝送システムであって、前記移植可能なトランスポンダは、独立したユニットを形成するか、またはインプラントと一体化されることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のデータ伝送システムであって、前記移植可能なトランスポンダは、移植可能な遠隔測定法ユニットと一体化されるか、またはこのようなユニットに連結することを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１０に記載のデータ伝送システムであって、前記外部伝達ユニットから前記移植可能なトランスポンダへのデータ転送は、電磁振動および／または波動によって実行されることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１０に記載のデータ伝送システムであって、前記外部伝達ユニットから前記移植可能なトランスポンダへの前記データ転送は、音響振動および／または波動によって実行されることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１０に記載のデータ伝送システムであって、前記移植可能な音響伝達ユニットは、骨、インプラントまたは軟部組織に音響的に連結することを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１に記載のデータ伝送システムであって、前記外部の音響伝達ユニットおよび／または受信機ユニットは、前記皮膚または経皮性インプラントの外部部分に連結することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項９に記載のデータ伝送システムであって、前記移植可能なトランスポンダは、永久に格納されたデータ（読み取り専用トランスポンダ）のためのメモリからなることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１に記載のデータ伝送システムであって、前記移植可能なトランスポンダは、修正可能であり書き込み可能なメモリを備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求項１に記載のインプラントと組み合わせた測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に骨折の治療のため、例えば、プレート、ネイル等のような多様な髄内および髄外の骨インプラントが使用される。一般にインプラントは、経皮的通路を有するものと経皮的通路なしで埋め込まれるものとで区別される。例えば外部取り付け具は第１のグループに属し、一方でネイルおよびプレートは第２のグループに属する。
【０００３】
インプラントと組み合わせて物理的および／または化学的な測定量を決定することは公知である。例えば、インプラントの静的および動的負荷を決定することが要求される。「生体力学ジャーナル３４（Journal of Biomechanics 34）」（２００１）８４９−８５７ページから、外部エネルギー、測定回路、抵抗ストレインゲージ、データ変換回路、伝達ユニット、および、いわゆるロッキング・ボーン・ネイル内部の伝達コイル、を受容するために受容コイルを備えることは公知である。それらの構成部品の助けを借りて、骨に作用する力は記録される。「骨および関節手術ジャーナル（The Journal of Bone and Joint Surgery）」ｖｏｌ．８３−Ａ補足２、パート１（２００１）、６２-６５ページから、ひざ義足内に抵抗ストレインゲージを取り付け、外部の測定装置とワイヤでそれを連結することは公知である。「医用工学および物理学２２（Medical Engeering and Physics 22）」（２０００）４６９-４７９ページから、例えば大腿内の皮弁の抵抗ストレインゲージを固定し、体外測定装置とワイヤでそれらを連結することは公知である。「脊柱（Spine）」ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．２３、２９８１-２９８６ページから、脊柱インプラントの力の測定は公知になった。「センサおよびアクチュエータ（Sensors and Actuators）」Ａ９７-９８（２００２）５４８-５５６ページから、負荷測定もまた、義歯との組み合わせで公知になった。
【０００４】
インプラントと組み合わせたすべてのデータ記録技術において、外部に測定データを送ることが必要である。このため、例えば、測定装置と測定ユニットまたは測定データ分析システムをそれぞれ連結するワイヤが使われる。特定の状況下で、このようなシステムはインプラントの着用者にとって扱いにくく、外部の測定装置が快適な方法で固定される場合でも、骨および軟部組織におけるワイヤの通過が永久的な刺激状態および炎症さえ引き起こす可能性がある。可能であり、かつ経済的に正当であるならば、外部への測定データの無線伝達である無線遠隔測定法は好適な選択である。このような無線伝達は、例えば上述した論文「医用工学および物理学２２」から公知であった。伝達経路のため、対応する低い周波数の磁性アンテナと電気アンテナとの誘導的または容量性の連結が近接場において用いられる。電磁非近接場アンテナが使われる場合、高周波の使用を必要とする。伝達経路は、インプラントからデータ記録システム（“ダウンリンク”）へと同様に、データ記録システムからインプラント（“アップリンク”）まで導くことができる。誘導結合により、インプラント・システムにエネルギーを供給するため、アップリンク経路はしばしば用いられる。
【０００５】
周知の遠隔測定法システムの不都合は、金属シールドを通過する場合に電磁波が受ける大きな減衰である。さらなる不都合は、伝達ユニットの小型化を実現するのが難しいという点である。高いデータ信号速度の伝達のため、１ＭＨｚより上の高周波が使われる場合、シールドは特に都合が悪い。経済的理由および組織適合性の理由のため、移植可能な遠隔測定法システムがチタンまたはインプラント鋼の金属カプセルにおいて好ましくは一体化されるので、遠隔測定法は問題を含む。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、トラブルのないデータ伝送を可能にするインプラントと組み合わせた測定システムを提供するための問題に基づく。
【０００７】
この問題は、特許請求項１および１０の特徴によって解決される。
【０００８】
インプラントと共にエネルギーソースを埋め込み、外部エネルギー供給およびインプラントと組み合わせた遠隔測定のための外部制御を避けることが考えられる。しかしながら、これは通常ただ例外である。アップリンクおよびダウンリンクの使用が典型的である。外部伝達ユニットおよび内部の体内受信ユニットを有するアップリンクは、通常測定ユニットへ、およびさらにダウンリンクのための送信器への制御信号の伝達に役立つ。さらにこのように、特に誘導連結によって、エネルギー供給は保証される。ダウンリンクのための体内の伝達ユニットは、例えば金属に完全にカプセル化され、体外の外部受信ユニットと通信する。すなわち２つの無線伝達経路が存在する。本発明によると、少なくとも内部伝達ユニットおよび外部受信ユニット間の伝達経路が、音響データ伝送のために採用される。測定ユニットによって決定されるデータは、ダウンリンク・レシーバにおける音響データに変換されるか、または、体外受信ユニットへの伝達のために音響コンバータを制御するために用いられる。しかしながら、制御データのために賢明である他の伝達経路（アップリンク）のための音響伝達に頼ることも考えられる。その一方で、外部からの電力供給装置のために電磁連結が好ましい。
【０００９】
本発明の測定システムの利点は、ほとんど減衰せずに音響振動が金属シールドを貫通することができることである。音波はまた、ほとんど減衰せずに金属インプラントにおいて伝播することができる。このために、インプラントおよびインプラント着用者の骨および軟部組織も音響遠隔測定法のための伝送媒体として使われることができる。本発明の１つの実施例によると、それゆえに音響的に内部伝達ユニットをインプラントに連結するのは都合が良い。インプラントが体内に提供される場合、外部伝達ユニットおよび／または音響受信ユニットは皮膚に固定されるよう適応することができる。このように、例えばこれらの構成部品を受容するケーシングは、適切な方法でそれぞれの部位に固定されることが可能である。音響伝達ユニットは、非金属のカプセル化においても容易に小型化されることが可能である。
【００１０】
経皮的通路を有するインプラントのため、例えば外部取り付け具において、取り付け具の金属ピンは伝達経路を形成し、音響レシーバはピンの末梢部の領域または取り付け位置において提供されうる。
【００１１】
最後に、本発明の実施例において、髄内のネイルに測定ユニットおよび内部伝達および受信ユニットを設置し、ネイルの対応している端部またはドライバー器具、および／または、ネイルに連結されるために採用される意図された器具に、外部音響受信ユニットを着脱可能にそれぞれ取り付けることもまた可能である。
【００１２】
発明は、埋め込まれ、アップリンクに沿った誘導的および／または容量性の連結で作動する電源装置であるいわゆるトランスポンダにも関連する。ダウンリンク、すなわちトランスポンダから体外受信ユニットへの伝達経路は、音響的な方法で作動することができる。いわゆるＲＦＩＤ技術を使用してトランスポンダ（アップリンク）からのデータ伝送およびその逆（ダウンリンク）を実現することは公知である。しかしながらこの技術は、容易に妨害されるか、または、例えばセキュリティ・システムにおいてそれ自体に障害が生じるという不都合を有する。例えば、誤警報が作動する可能性がある。さらに、電磁伝達経路は容易に妨害されるので、データ読み込みプロセスの信頼性は音響ダウンリンクによって増加することができる。また、外部音響レシーバが皮膚と直接接触する場合のみ、ダウンリンクは形成されるので、データ保護およびプライバシーに関するより厳しい必要条件を満たすことができる。遠隔地からのデータの読み込みは可能ではない。
【００１３】
本発明の１つの実施例によると、移植可能なトランスポンダは、独立したユニットを形成することができるか、またはインプラントと一体化されることができる。本発明の他の実施例によれば、それは移植可能な遠隔測定法ユニットと一体化されるか、または、そのようなユニットに連結することができる。外部伝達ユニットから移植可能なトランスポンダへのデータ伝送は、電磁振動および／または本発明の他の実施例による波動によって実行されることが可能である。しかしながらアップリンクはまた、音響経路として形成される可能性がある。
【００１４】
トランスポンダは、例えば、インプラントの商品番号または製造番号を読み出すため、永久に格納されたデータの再生の用途だけを備えることができ（読み取り専用トランスポンダ）、または、部分的にまたは完全に外部ユニットによって書き込まれることができる、例えば患者のデータの格納および再生のための修正可能なメモリを含む可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、本発明は２つの図面で図示された実施例により、さらに詳細に説明される。
【００１６】
図１において、人間の下脚は、脛骨１０および腓骨１２を有して概略的に表される。ここでは、脛骨１０の外部取り付け具で処置された骨折が仮定される。後者は、詳細に示されない。その代わりに、通常この種の装置において使われる種類のピン１４のみが示される。周知のように、骨折のすべての部分で、少なくともそのようなピンの１つが中にねじ込まれ、骨の破片をお互いに対して配置させるためのロッドの適切なシステムによって脚の外部のさらなるピンは張力を受けて互いに連結される。このような治療は一般に周知であるので、詳細にここでは述べない。
【００１７】
ピン１４においておよび脛骨１０の近くに、ユニット１８は配置される。それは、電磁受信ユニットと音響伝達ユニットとを備える。両方とも、金属ケーシングにカプセル化される。音響伝達ユニットは、適切なコンバータによってピン１４に連結される。ユニット１８のためのエネルギーは、電磁送信器２０によって電気的に連結される。したがって電磁アップリンク２２が与えられる。
【００１８】
受信機および伝達ユニット１８に連結して、ユニット１８のケーシングに提供され、またはこのユニットに連結され、物理的および／または化学的な性質の所望のデータ、例えば骨折の回復プロセス、骨の動的負荷などの情報を提供するデータを記録する図示されない測定ユニットが存在する。測定されたデータは、音響伝達ユニットと音響変換装置の手段によりピン１４に連結されるように適切な方法で処理される。したがってピン１４は音響伝達経路（ダウンリンク２４）を形成する。ピン１４の末端で、音響送信器からのデータを受信する音響受信機２６が提供される。データは、それからデータ処理装置等によって適切な方法で処理されることが可能である。
【００１９】
図１の実施例において、外部ダウンリンク受信機２６の音響変換装置は、体の外側の構成部品の経皮性ピンに配置される。音響遠隔測定法伝達は、インプラント・システムの材料だけで、実行される。代替の方法において、体表面（皮膚）に外部ダウンリンク受信機の音響変換装置を固定することは可能である。音響遠隔測定法伝達は、それからインプラント材料、骨および軟部組織を通じて、および皮膚を通じて実行される。
【００２０】
図２において、近位大腿骨３０へのいわゆるガンマネイルの埋め込みプロセスが示される。ネイルは、ロッキングネイル３２およびそれを通じて斜めに提供された大腿頸部ピン３４から構成される。ロッキングネイル３２は、ネイルの近端部にしっかりと取り付けられる照準装置３６の助けを借りて挿入される。したがってそれはドライバー計測器としても役に立つ。照準機器３６の照準アーム３８で、ネイル３２の横穴を見つけるために孔が提供される。対応する穿孔用のスリーブは、４０で示される。上述された埋め込みシステムは一般に公知であり、それ以上記載しない。
【００２１】
ネイル３２の末梢部の端部領域で、図１の受信機および伝達ユニット１８に類似した受信機および伝達ユニット４２が取り付けられる。それは、ネイルにおいて、またはその中に、手術をしている医師にとって重要であるデータを測定するための測定ユニットを備えるか、またはそれに連結される。照準機器３６で、音響受信ユニットは４４において配置される。手術の間、ユニット４２の音響送信器は、ネイル３２および機器３６の照準アームを通じて音響受信機４４と通信する。したがって、これらの構成部品が音波ガイドとして使われる。これは、４６（ダウンリンク）によって示される。電力供給は、電磁アップリンク４８によって実行される。また、ユニット３２の制御データまたは測定ユニットはそれぞれ電磁気的に伝達されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の遠隔測定法システムの概略図を示す。
【図２】本発明の遠隔測定法システムの用途の他の概略図を示す。
【図１】
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【図２】
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