(57)【要約】インプラントに接続したデータ伝送システムが提供される。そのデータ伝送システムは、体外に配置された外部送信ユニット（２０）と、外部送信ユニット（２０）に作動させられる埋込可能な内部の第１受信ユニット（３１、１８）と、インプラント（３０）につながれて埋め込まれる内部送信ユニット（３２）と、内部送信ユニット（３２）を作動させる、外部送信ユニット（２０）と内部の第１受信ユニット（３１と１８）の間の第２伝送部（アップリンク、Ａ２）と、第２受信ユニット（２６）と、内部送信ユニット（３２）と第２受信ユニット（２６）の間の第１伝送部（ダウンリンク；Ａ１）とを備える。第１伝送部（Ａ１）は音響振動または音波で作動する。
2008534095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インプラントに接続したデータ伝送システムであって、そのデータ伝送システムは以下の構成を備える：
−  体外に配置された外部送信ユニット（２０）；
−  外部送信ユニット（２０）に作動させられる埋込可能な内部の第１受信ユニット（３１、１８）；
−  インプラント（３０）につながれて埋め込まれる内部送信ユニット（３２）；
−  内部送信ユニット（３２）を作動させる、外部送信ユニット（２０）と内部の第１受信ユニット（３１、１８）の間の第２伝送部（アップリンク、Ａ２）；
−  第２受信ユニット（２６）；そして
−  内部送信ユニット（３２）と第２受信ユニット（２６）の間の第１伝送部（ダウンリンク；Ａ１）；
第１伝送部（Ａ１）は音響振動または音波で作動する。
【請求項２】
第２伝送部（Ａ２）が電磁波で作動する請求項１に記載のデータ伝送システム。
【請求項３】
第２伝送部（Ａ２）が、内部受信ユニット（３１）および／または内部送信ユニット（３２）を作動させるためのデータとエネルギーの両方を送る構成の請求項２に記載のデータ伝送システム。
【請求項４】
送信ユニット（２０）が、第２伝送部（Ａ２）を介してデータとエネルギーを送るための少なくとも１つの送信コイル（２１、２２）を備える請求項１から３のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項５】
第１受信ユニット（３１）が受信コイル（３１）を備える請求項１から４のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項６】
内部送信ユニットが第１音響変換要素（３２）からなる請求項１から５のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項７】
第２受信ユニット（２６）が音響変換要素（３３）と送信要素（３４）を備え、
第２音響変換要素（３３）が音波を電気信号に変換するよう構成され；
送信要素（３４）が第３送信部（Ａ３）を介して外部送信ユニット（２０）に電気信号を送信するよう構成された、
請求項１から６のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項８】
第３送信部（Ａ３）が、音響振動または音波、電気信号または電磁波によってデータを送信するよう構成され、第３送信部（Ａ３）が、ケーブル接続または無線接続からなる請求項７に記載のデータ伝送システム。
【請求項９】
処理ユニット（４０）をさらに備え、
処理ユニット（４０）が第２受信ユニット（２６）および／または外部送信ユニット（２０）に固定されるよう構成され；
処理ユニットが第２受信ユニット（２６）によって受信されたデータを評価するよう構成された、
請求項１から８のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項１０】
内部送信ユニット（３２）がインプラント（３０）に音響連結する請求項１から９のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項１１】
外部送信ユニット（２０）および／または第２受信ユニット（２６）が、皮膚および／または経皮的インプラント（３０）の外部部分に音響連結するよう構成された請求項１から１０のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項１２】
インプラントが経皮的トランシットを備えた内部インプラント（３０）であり、第１伝送部（Ａ１）が金属ピンなどによって形成される請求項１から１１のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項１３】
内部送信ユニット（３２）と第１受信ユニット（３１）が髄内くぎ（３０）に取り付けられ、第２受信ユニット（２６）を、くぎ（３０）の対応端あるいはくぎ（３０）に連結した打ち込み具に取外し可能に取り付けることができる請求項１から１２のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項１４】
インプラントまたはその部位の少なくとも１つの物理的または化学的値の測定のために、インプラント（３０）とともに埋め込まれるよう構成された測定ユニット（１８）をさらに備える請求項１から１３のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項１５】
内部送信ユニット（３２）および／または第１内部受信ユニット（３１）が、測定ユニット（１８）またはトランスポンダ（１８）と統合されたクレーム１４に記載のデータ伝送システム。
【請求項１６】
トランスポンダユニット（１８）をさらに備え；
トランスポンダユニット（１８）が第１内部受信ユニット（３１）と内部送信ユニット（３２）を備え；
トランスポンダユニット（１８）が身体適合性の物質に封入される、
請求項１から１４のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項１７】
埋込可能なトランスポンダユニット（１８）が独立したユニットを形成するか、またはインプラント（３０）に統合される請求項１６に記載のデータ伝送システム。
【請求項１８】
埋込可能なトランスポンダユニット（１８）が、埋込可能な遠隔測定ユニットに統合されるか、あるいはそのようなユニットにつながれる請求項１６または１７に記載のデータ伝送システム。
【請求項１９】
データ伝送が、電磁振動および／または波によって外部送信ユニット（２０）から埋込可能な第１トランスポンダユニット（１８）へ行われる請求項１６から１８のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項２０】
内部送信ユニット（３２）が、骨、インプラント（３０）または軟部組織に音響連結される請求項１から１９のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項２１】
測定ユニット（１８）と埋め込まれたトランスポンダ（１８）のうちの一方が、永久保存されたデータを備えたメモリを含んでいる請求項１８から２０のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【請求項２２】
さらなるトランスポンダユニット（１９）をさらに備え；
トランスポンダユニット（１８）とさらなるトランスポンダユニット（１９）がインプラント（３０）上に位置し；
さらなるトランスポンダユニット（１９）が、内部のさらなる受信ユニット（３１）と、さらなる内部送信ユニット（３２）を備え；
外部送信ユニット（２０）が、さらなるトランスポンダユニット（１９）のさらなる内部受信ユニット（３１）に第２伝送部（Ａ２）を介してデータとエネルギーを送るさらなる送信コイル（２２）を備え；
トランスポンダユニット（１８）とさらなるトランスポンダユニット（１９）の受信コイルがそれぞれ、外部送信ユニット（２０）からの送信データによって内部送信ユニット（３２）を起動するよう構成され；
トランスポンダユニット（１８）とさらなるトランスポンダユニット（１９）の内部送信ユニット（３２）が、第１伝送部（Ａ１）を介して第２受信ユニット（２６）へデータを送信し；そして
第２受信ユニット（２６）または送信ユニット（２０）が、トランスポンダユニット（１８）とさらなるトランスポンダユニット（１９）に対する送信ユニット（２０）の位置を分析するよう構成されている、
請求項１６から２１のいずれかに記載のデータ伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インプラントにつながれたインプラント測定システムに接続したデータ伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プレート、くぎ等の多くの種類の髄内・髄外の骨インプラントが、主として骨折の治療に使用される。経皮的トランシットを備えたインプラントと、経皮的トランシットなして埋め込まれるものは一般に区別される。前者は例えば外部固定具を、後者はくぎまたはプレートを含む。
【０００３】
インプラントに関して物理的かつ／または化学的値を決定する方法は公知である。例えば、インプラントの静的および動的荷重を決定することが望ましい。いわゆる連結用骨くぎに、外部エネルギーを受け取るための受信コイル、測定回路、抵抗線ひずみゲージ、データコンバータ回路、および送信回路およびコイルを配置する方法が「バイオメカニクス・ジャーナル３４」（２００１）８４９〜８５７ページから公知である。これらの要素は、骨に作用する力を記録するためのものである。膝義足に抵抗線ひずみゲージを取り付け、それを体外の測定器にケーブルで接続する方法が「骨関節外科ジャーナル」、８３−Ａ巻、別冊２、１部（２００１）、６２〜６５ページ、から公知である。例えば、大腿骨ストラップの場合に抵抗線ひずみゲージを取り付け、それを体外の測定器にケーブルで接続する方法が「医用電子工学および物理学２２」（２０００）、４６９〜４７９ページから公知である。脊柱インプラントに作用する力を測定する方法が「ＳＰＩＮＥ」、２５巻、２３番、２９８１〜２９８６行目において公表され、荷重測定も義歯に関連して「センサーおよびアクチュエーター」Ａ９７−９８（２００２）、５４８〜５５６ページで公知になっている。
【０００４】
インプラントに接続されたすべてのデータ記録システムで、外部への測定値の送信が必要である。この目的のために、測定器または測定値処理装置に測定装置を接続する例えばワイヤが使用される。ある状況下で、もし測定器が外部で快適に固定されれば、そのようなシステムはインプラントの着用者にあまり制限的ではないが、骨と軟組織を通して線を送り込むことは持続的な刺激および炎症さえも起こし得る。コストの点から可能で正当な場合、無線遠隔測定、つまり体外への測定データの無線送信が選択の方法として望ましい。そのような無線送信は、例えば既に引用した「医用電子工学および物理学」２２の記事に記載されている。
【０００５】
適切な磁気・電気的アンテナへの誘導または容量結合が、近距離場の伝送路に低周波で使用される。電磁遠距離場アンテナが使用される場合、高周波を伴う。伝送路は、データ記録システムからインプラントの方向に（「アップリンク」）、あるいはインプラントからデータ記録システムの方向に（「ダウンリンク」）延びることができる。アップリンク部は、電磁結合によって、埋め込まれシステムにエネルギーを供給するためにしばしば使用される。
【０００６】
従来技術の遠隔測定システムの１つの不都合は、金属スクリーンを通るトランシット時に生成された電磁波の相当な減衰である。さらに、電磁波は自由空間または組織またはいかなる種類の物質を通って伝播しているときも減衰が著しい。
【０００７】
さらなる不都合は、送信ユニット（小型化）を実現する際の困難さにある。１ＭＨｚ以上の高周波が高データレートを送るために使用される場合、スクリーニングは特に悪影響がある。埋め込み可能な遠隔測定システムは、チタンまたはインプラント鋼のカプセルにまとめられることが望ましいから、組織適合性および経済性の理由で、遠隔測定は問題視される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、それはデータ転送を可能にする、インプラントに接続された測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
その目的は、独立クレームに記載の、インプラントに接続したデータ伝送システムによって解決される。
【００１０】
第１の実施例で、データ伝送システムが提供される。そのデータ伝送システムは、体外に配置された外部送信ユニットと、外部送信ユニットに作動させられる埋込可能な内部の第１受信ユニットと、インプラントにつながれて埋め込まれる内部送信ユニットと、内部送信ユニットを作動させる、外部送信ユニットと内部の第１受信ユニットの間の第２伝送部と、第２受信ユニットと、内部送信ユニットと第２受信ユニットの間の第１伝送部とを備える。これによって、第１伝送部は音響振動または音波で作動する。
【００１１】
発明による測定システムの長所は、音響振動が低減衰で金属スクリーンを通過することも可能である点にある。さらに、音波は、金属インプラント、骨および／または軟組織を低減衰で伝播することができる。したがって、インプラントだけでなくインプラント着用者の骨と軟部組織も、音響の遠隔測定のための伝送媒体として使用できる。したがって、発明の１つの設計によれば、内部送信ユニットがインプラントに音響連結すると有利である。インプラントが体内に配置される場合、外部送信ユニットおよび／または音響の第２受信ユニットは、皮膚へ適用として設計することができる。例えば、これらの部分を受け入れるハウジングは、関連する身体部分に適切に固定されてもよい。音響の送信ユニットも、非金属の筺体で容易に小型化することができる。
【００１２】
別の実施例で、第２伝送部は電磁波で作動する。
【００１３】
したがって、別の実施例で、第２伝送部は、内部受信ユニットおよび／または内部送信ユニットを作動させるためのデータとエネルギーの両方を送るよう構成される。エネルギーまたはデータ情報は、外部送信ユニットからインプラントの内部の第１受信ユニットへ送られてもよい。インプラントにつながれた遠隔測定用のインプラントへのエネルギー源をも埋め込み、外部エネルギー供給と外部制御を省く方法は確かに考えられる。これは通常、唯一の例外と見なされる。アップリンクとダウンリンクの使用が典型的である。外部送信ユニットおよび内部の体内受信ユニットへのアップリンクは通常、測定ユニットと、ダウンリンクの送信器へ制御信号を送信する役目を果たす。更に、これは、特に電磁結合によるエネルギー供給を保証する。ダウンリンク用の体内の送信ユニットは、例えば金属に完全に封入され、体外の外部受信ユニットと通信する。ポリマー、ガラス、セラミックスなどを非限定的に例とする非金属材料内への封入も考慮される。したがって、２つの無線送信部が存在する。発明によれば、少なくとも内部送信ユニットと外部受信ユニットの間の伝送部は、音響データ伝送用に設計される。測定ユニットによって決定されたデータは、ダウンリンク受信器で音響データに変換されるか、あるいは体外の受信ユニットへの伝送用の音響変換器を作動させるために使用される。さらに、別の伝送部（アップリンク）のための音響伝送を利用することは確かに考えられ、それは制御データに有用だが、外部の電気エネルギー供給には電磁結合が望ましい。
【００１４】
別の実施例で、送信ユニットは、第２伝送部を介してデータとエネルギーを送るための少なくとも１つの送信コイルを備える。電磁エネルギーを送るために、送信手段は、インプラントまたは第１内部受信ユニットに電磁エネルギーを送るよう構成された送信コイルを備えていてもよい。送信コイルは、所定の周波数と信号強度を持つ電磁エネルギーを送る。異なる周波数の使用によって、いくつかの種類の情報をインプラントに送ることができ、第１内部受信ユニットに対する送信コイルの向上した空間的情報を決定することができる。
【００１５】
別の実施例で、第１受信ユニットは受信コイルを備える。
【００１６】
受信コイルは電流または電圧の電磁エネルギーを信号強度または周波数にそれぞれ変換するよう構成される。したがって、いくつかの種類の情報を送ることができる。
【００１７】
別の実施例で、内部送信ユニットは第１音響変換要素からなる。第１音響変換要素は、第１内部受信ユニットから受け取られた信号を、信号強度と周波数に従って音波または超音波に変換することができる。したがって、いくつかの種類の情報を送ることができる。音波はインプラントに沿って送られ、例えば電磁波と比較して、これらの音波のインプラントによる干渉と被吸収性が低下する。
【００１８】
別の実施例で、第２受信ユニットは音響変換要素と送信要素を備える。これによって、第２音響変換要素が音波を電気信号に変換するよう構成され、送信要素が第３送信部を介して外部送信ユニットに電気信号を送信するよう構成される。第２受信ユニットと音響変換器は、内部送信ユニットによってインプラントに沿って送られた音波を受信し、音響エネルギーを音波の周波数および信号強度に従って電気信号に変換する。第２受信ユニットはインプラントの一端または皮膚に接続されるよう構成できる。大抵の場合、第２受信ユニットは体外の器具に適している。
【００１９】
別の実施例で、第３送信部は、音響振動または音波、電気信号または電磁波によってデータを送信するよう構成され、第３送信部はケーブル接続または無線接続からなる。したがって、第２受信ユニットは、ケーブルまたは無線で外部送信ユニットに接続されてもよい。第２受信ユニットは外部受信ユニットへ一体的に接続するよう設計されてもよい。
【００２０】
別の実施例で、データ伝送システムは処理ユニットをさらに備える。処理ユニットは第２受信ユニットおよび／または外部送信ユニットに固定されるよう構成される。さらに、処理ユニットは第２受信ユニットによって受信されたデータを評価するよう構成される。処理部は、例えば視覚化に使用されるデータへとデータ処理するために受信データを評価してもよい。
【００２１】
別の実施例で、内部送信ユニットはインプラントに音響連結する。内部送信ユニットを音響連結することによって、インプラントが音波の伝導体になり、よりよいデータ伝送が可能になり得る。
【００２２】
別の実施例で、外部送信ユニットおよび／または第２受信ユニットは、皮膚および／または経皮的インプラントの外部部分に音響連結するよう構成される。したがって、皮膚や組織に悪影響せずに、ユニットを皮膚に配置することができる。皮膚にユニットをつなぐことによって、皮膚や組織を通して音波をインプラントと送受信することも可能になろう。したがって、送信ユニットまたは第２受信ユニットに対するインプラントの直接接触が不要になる。
【００２３】
別の実施例で、インプラントは経皮的トランシットを備えた内部インプラントであり、第１伝送部は金属ピンなどによって形成される。例えば外部固定具である、経皮的トランシットを備えたインプラントの場合、固定具の金属ピンが送信部を形成してもよい。また、音響受信器をピンの末端領域または作用点で設置してもよい。
【００２４】
別の実施例で、内部送信ユニットと第１受信ユニットは髄内くぎに取り付けられ、第２受信ユニットを、くぎの対応端あるいはくぎに連結した打ち込み具に取外し可能に取り付けることができる。
【００２５】
別の実施例で、データ伝送システムは、インプラントまたはその部位の少なくとも１つの物理的または化学的値の測定のために、インプラントとともに埋め込まれるよう構成された測定ユニットをさらに備える。測定ユニットを埋め込むことによって、骨折の温度、血液特性または治癒状態のようないくつかのデータを測定することができる。測定データは、さらなる処理のために、内部送信ユニットによって第２受信ユニットと外部送信ユニットに送ってもよい。
【００２６】
別の実施例で、内部送信ユニットおよび／または第１内部受信ユニットは、測定ユニットまたはトランスポンダと統合される。トランスポンダは埋め込まれて、インプラントに音響連結してもよく、エネルギーがアップリンクに沿った誘導および／または容量結合によって供給される。ダウンリンク、つまりトランスポンダから第２受信ユニットへの第１送信部が音響的に生じてもよい。
【００２７】
別の実施例で、データ伝送システムはトランスポンダユニットをさらに備える。トランスポンダユニットは第１内部受信ユニットと内部送信ユニットを備え、トランスポンダユニットは身体適合性の物質に封入される。
【００２８】
別の実施例で、埋込可能なトランスポンダユニットが独立したユニットを形成するか、またはインプラントに統合される。
【００２９】
別の実施例で、埋込可能なトランスポンダユニットが、埋込可能な遠隔測定ユニットに統合されるか、あるいはそのようなユニットにつながれる。
【００３０】
別の実施例で、データ伝送が、電磁振動および／または波によって外部送信ユニットから埋込可能な第１トランスポンダユニットへ行われる。
【００３１】
別の実施例で、内部送信ユニットは、骨、インプラントまたは軟部組織に音響連結される。
【００３２】
別の実施例で、測定ユニットと埋め込まれたトランスポンダのうちの一方が、永久保存されたデータを備えたメモリを含んでいる。そのメモリは読出し専用のメモリユニットでも、書込み可能なメモリでもよい。
【００３３】
別の実施例で、データ伝送システムはさらなるトランスポンダユニットを備える。トランスポンダユニットとさらなるトランスポンダユニットはインプラント上に位置する。さらなるトランスポンダユニット（１９）は、内部のさらなる受信ユニットと、さらなる内部送信ユニットを備える。外部送信ユニットは、さらなるトランスポンダユニットのさらなる内部受信ユニットに第２伝送部を介してデータとエネルギーを送るさらなる送信コイルを備える。トランスポンダユニットとさらなるトランスポンダユニットの受信コイルはそれぞれ、外部送信ユニットからの送信データによって内部送信ユニットを起動するよう構成される。トランスポンダユニットとさらなるトランスポンダユニットの内部送信ユニットは、第１伝送部を介して第２受信ユニットへデータを送信する。第２受信ユニットまたは送信ユニットは、トランスポンダユニットとさらなるトランスポンダユニットに対する送信ユニットの位置を分析するよう構成されている。
【００３４】
測定ユニットと内部送受信ユニットを髄内くぎに取り付けたり、外部の音響受信ユニットをくぎの屈曲端またはくぎに連結可能な打ち込みおよび／またはターゲット具に取外し可能に取り付けることも可能である。くぎに少なくとも２つのトランスポンダユニットを取り付けることによって、外部送信ユニットはインプラントの孔のためのターゲティング手段として使用するよう構成される。したがって、各孔に隣接して、２つのトランスポンダが孔軸心に対して同じ距離を持って取り付けられる。末端ターゲティングと呼んでもよい外部送信手段は複数の送信コイルを備える。各送信コイルは、ある周波数および信号強度の電磁波を送る。電磁波はトランスポンダの受信コイルによって受信され、電磁波が音波に変換される。音波は電磁波の周波数に割り当てられた周波数を持つ音波の信号強度は、送られた電磁信号の強度と、送信コイルと受信コイルの間の距離に割り当てられる。音波は、第２受信ユニットに、そしてさらに、例えばデータを処理する処理ユニットに送られる。受信周波数に基づいて、データがどのトランスポンダから送られたかが決定され、信号強度に基づいて、トランスポンダに対する末端ターゲティングユニットの距離を測定することができる。したがって、各受信コイルに対する各送信コイルの距離が測定され、孔に対する末端ターゲティング手段の位置を正確に決定することができる。周波数は、例えば４０ｋＨｚから７０ｋＨｚの間でよい。
【００３５】
１次元での各孔の位置を決定するために、２つの送信コイルが必要である。例えば、２つの異なる面に３つのコイルが２組づつ配置された６つの送信コイルの使用によって、孔の軸心を定めるために要求されるすべてのパラメータが得られる。送信コイルの他の空間的配置が可能である。４対以上の送信コイルの使用によって、ターゲティング結果の質がさらに向上されよう。各自由度に対して、１対の送信コイルが必要である。
【００３６】
異なる周波数を使用する代わりに、送信コイルは１つの周波数を送ってもよい。そのために、送信コイルは順次に起動される。このいわゆる時分割測定方式はシステムの複雑さを低減できる。
【００３７】
さらに、末端ターゲティング手段はデジタル・コード体系を提供してもよく、そこでは送信コイルアレイの異なるコイルによって送られる信号は、異なる符号体系を使用してデジタルでコード化される。デジタルコード化の使用によって、受信信号は、それらのデジタルコード化により、それらの発信源に従って、送信コイルアレイの異なるコイルから容易に分離され得る。このいわゆるコード多重化またはコードダイバーシティ信号アプローチはある状況において有利になり得る。
【００３８】
いわゆるＲＦＩＤ技術を使用して、トランスポンダへ（アップリンク）、そして他の方向に（ダウンリンク）、データを送る方法が公知である。しかし、これの不都合は、それが干渉を受けやすく、例えば安全装置において、同様に干渉を引き起こしえることにある。例えば、誤認警報を発する可能性がある。容易に電磁送信部を妨害することができるから、データ読出しの信頼性も音響ダウンリンクによって向上する。更に、外部音響受信器が皮膚と直接接触する場合のみダウンリンクを作成することができるから、個人データのセキュリティと保護に関する厳しい条件を満たすことができる。データの遠隔読出しは可能でない。
【００３９】
発明の他の実施例で、埋込可能なトランスポンダは独立したユニットを形成してもよいし、あるいはインプラントに統合されてもよい。発明のさらなる設計によれば、それは埋込可能な遠隔測定ユニットに統合されるか、あるいはそのようなユニットにつながれてもよい。発明の他の設計によれば、データは外部送信ユニットから埋め込まれたトランスポンダに電磁振動および／または波によって送ることができる。しかし、アップリンクも音響部として設計されてもよい。
【００４０】
トランスポンダは、例えばインプラントの記事または通し番号を要求するために、永久記憶データ再生専用として（読出し専用トランスポンダ）、あるいは例えば患者データの格納および再生用として提供されたり、外部ユニットによって完全にまたは部分的に書込み可能である修正可能なメモリを含んでいてもよい。
【００４１】
音波を電気信号に変換するための、あるいは電気信号を音波に変換するための変換要素は、マイクロホンまたは拡声器技術のような圧電要素または磁歪を利用した要素でもよい。
【００４２】
システムの実施例についての上記特徴は、インプラントにデータを送る方法に使用してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、さらなる説明およびよりよい理解のために、添付図を参照して本発明の典型的な実施例を明細に記す。
【実施例】
【００４４】
いくつかの図の中で同様のあるいは関連する構成要素には同じ参照番号を付してある。図は概要であって、完全な縮尺ではない。
【００４５】
図１は、脛骨１０および腓骨１２を備えたヒトの脚の概略を示す。脛骨１０の骨折が示され、それは固定具で外部的な治療を受ける。その詳細は示さない。代わりに、そのような装置で通常使用されるピンのような、ピンだけを１４で示す。周知のように、少なくとも１本のそのようなピンを各骨折セグメントにねじ込み、骨片同士を位置決めするために、適切なロッドによって骨の外部でピン同士を互いに固定される。そのような処置は周知であるから、ここでは詳細に説明しない。
【００４６】
トランスポンダユニット１８が脛骨１０に近いピン１４に取り付けられる。それは電磁気の第１受信ユニット３１と音響送信ユニット３２を含んでいる。両方とも金属ハウジングに封入されている。音響送信ユニット３２は適切な変換器によってピン４に取り付けられる。第１受信ユニット１８用のエネルギーは電磁送信器２０によって電気的につながれる。したがって、電磁アップリンク２１および２２が設けられる。
【００４７】
ユニット１８のハウジングに入っているか、それに接続することができる図外の測定ユニットが、第１受信・内部送信ユニット１８につながれる。このユニットは、例えば骨折の治癒過程や、骨などのダイナミックローディングの情報を与えるデータである、物理的および／または化学的性質の必要データを記録する。測定データは、音響の内部送信ユニット３２および音響の変換器によってピン１４につなぐことができるように適切に処理される。したがって、ピンは音響の送信部（ダウンリンク２４）を構成する。音響送信器から来るデータを受信する音響受信器２６がピン１４の先端に位置する。そして、それらは、データプロセッサ４０などによって適切に処理することができる。
【００４８】
図１の実施例では、外部ダウンリンク受信器２６の音響変換器３３は体外の構成要素である経皮ピン１４に取り付けられる。音響の遠隔測定送信はもっぱらインプラント系の材料を通して行われる。あるいは、体表面（皮膚）に外部ダウンリンク受信器の音響変換器を取り付けることも可能である。その場合、音響の遠隔測定送信はインプラント材料、骨、軟部組織および皮膚を通して行われる。
【００４９】
図２は、近位の大腿骨３０にいわゆるガンマくぎを埋め込むプロセスを示す。くぎは、斜めに挿入する連結くぎ３２と大腿骨頚部ピン３４からなる。連結くぎ３２は、くぎ基端に永久的に取り付けられたターゲット手段３６によって打ち込まれる。したがって、それは打撃要素として作用する。くぎ３２に横孔を設けるために、ターゲット手段３６のターゲットアーム３８に孔が設けられる。対応する穿孔スリーブが４０で示されている。記載された埋込みシステムは一般に知られており、さらなる詳細はここで説明しない。
【００５０】
受信および送信ユニット４２は、くぎ３２の先端領域に取り付けられ、それは図１の受信および送信ユニット１８に匹敵する。それは１つの測定ユニットを含んでおり、手術する医師が関心のあるデータを測定するためにくぎの上またはその中の測定ユニットに接続される。音響受信ユニット４４がターゲット手段３６に取り付けられる。手術中に、ユニット４２の音響送信器は、音響受信機４４、バイアルくぎ３２および手段３６のターゲットストラップと通信する。したがって、これらの部品は音波ガイドとして使用される。これは４６で示される（ダウンリンク）。電力は電磁アップリンク４８によって供給される。ユニット３２と測定ユニットの制御データも電磁的に送信してもよい。
【００５１】
図３は典型的な実施例を示し、そこでは発明実施例の原理を電磁・音響ターゲティングシステムで使用している。インプラント３０は、例えば骨に打ち込まれる構成のくぎからなる。くぎ３０は、くぎ３０の孔内の器具であったピンによって固定される。手術時にくぎ３０の孔がある場所をユーザーに示すことがターゲティングシステムの役目である。したがって、アクティブ・ネイル・チップ（ＡＮＴ）とも呼ばれるくぎ３０は、くぎ３０に組み込まれて、くぎ３０の孔の間に位置するトランスポンダ１８および１９を備える。トランスポンダ１８および１９は電磁信号によって起動されて、トラッキングに使用される応答信号を発信する。本発明の実施例によれば、トランスポンダ１８および１９は、第１受信ユニット３１および送信ユニット３２を備えるハイブリッドトランスポンダーであり、それによって第１受信ユニット３１は、電磁エネルギ外部送信ユニット２０によって起動される受信コイル３１を備えてもよい。そのために、受信コイル３１は送信ユニット３２を起動し、それは音波発信し、これらの音波をくぎ３０の反対側端に位置する第２受信ユニット２６へ第１送信部Ａ１経由で送る。第２受信ユニット２６は、音波を、例えば電気信号に変換し、それらをプロセッサ４０または外部の送信手段２０またはターゲティング手段２０へ送るための音響変換要素３３とさらなる送信要素３４を備える。
【００５２】
最適化されたターゲティングシステム用として、末端ターゲティング手段（ＤＴＤ）２０は複数の送信コイル２１および２２を備えることができる。アクティブなくぎチップでくぎ３０の孔を検出するための実用的原則を以下に説明する。ＤＴＤ２０のコイルアレイは、個々のコイルによって異なる電磁周波数を発し、それらは例えば１０個のコイルで４１．０ｋＨｚ、４１．１ｋＨｚ〜４１．９ｋＨｚである。トランスポンダ１８の受信コイル３１はそれらの周波数を拾い、内部送信ユニット３２にそれらを供給する。ハイブリッドトランスポンダー１８のこれらの音響変換器３２はそれぞれの超音波を発信している。内部送信ユニット３２はそれぞれ、周波数に応じて、また電磁波の信号強度に応じて超音波を送信する。これらの超音波は今度は、第１送信部Ａ１を介して、音響変換器２６であり得る第２受信要素へ送られる。第２受信要素２６はくぎ３０の基端に位置し、超音波を拾って、それらを周波数と信号強度に応じた電気信号に変換する。電気信号はＤＴＤ２０またはプロセッサ４０へ無線またはケーブルによりつながれ、各周波数の信号強度に関してデジタル信号プロセッサ４０によって評価される。各周波数の信号強度が等しい場合、ターゲティング手段の第１送信コイル２１とトランスポンダ１８との距離が、送信ユニット２０の第２の送信コイル２２とさらなるトランスポンダとの距離と等しい。孔がトランスポンダ１８および１９の間に位置すれば、ターゲティング手段が正確に位置づけられる。
【００５３】
複数のトランスポンダ１８および１９からの信号はそれらに異なる周波数帯域を割り当てることにより区別されよう。一方のトランスポンダ１８用に例えば約４１ｋＨｚの２つの周波数を、そして他方のトランスポンダ１９用に約６５ｋＨｚ）の別の周波数のセットを使用してもよい。他のいかなる対の周波数を適用してもよい。  
【００５４】
音響の導波路としてもくぎを使用する代わりに、患者の組織を使用してもよい。この場合、くぎの先端に近い患者の皮膚に音響受信器が取り付けられる。
【００５５】
図３の実施例で選択された典型例である周波数多重方式を使用する代わりに、異なる送信コイル信号３１を区別するために、時分割通信方式を使用することもできる。この場合、異なる送信コイル２１、２２が順次に起動され、送信コイル２１、２２が一度に１つだけアクティブとなる。この方式は、電源スイッチによってコイルアレイに時分割され得る１つの信号発生器だけが必要であるから、システムの複雑さをさらに低減することになろう。
【００５６】
あるいは、送信コイルアレイの異なるコイルに異なるデジタルコードを適用するのに符号多重化方式を使用してもよい。異なる送信コイルから発生する信号を、それらのコード化によって識別することができる。
【００５７】
本発明はいわゆるＲＦＩＤシステムに関連して使用してもよい。そこでは、インプラント用の第１内部受信ユニット３１はインプラント３０に受動的に取り付けられる。インプラント３０が外部送信ユニットを通り過ぎる場合、外部送信ユニット２０の送信コイル２１、２２によって内部第１受信ユニット３１が起動され、データが自動的に送られる。したがって、通し番号、材料組成あるいは患者データ等のいくつかの情報がホストへ自動的に送られる。
【００５８】
ここで、記載されたデータ伝送システムが、さらなる実施例でも実現し得ることを述べなければならない。したがって、これらのさらなる実施例で説明する特徴も、上記実施例の特徴と組み合わせてもよいことは当業者に明らかである。
【００５９】
１つの実施例では、インプラントにつながれたデータ伝送システムの特徴は、インプラントの、あるいはその部位の少なくとも１つの物理的または化学的値の測定のためにインプラントとともに埋め込むことができる測定ユニットと、測定ユニットに統合されるか、それに連結されて埋め込むことができる内部送信ユニットと、体外で配置された受信ユニットと、内部送信および体外受信ユニットの間の第１伝送部（ダウンリンク）、体外に配置された外部送信ユニットと、外部送信ユニットが作動させることができる埋込可能な受信ユニットと、測定ユニットと内部送信ユニットを作動させる、外部送信および内部受信ユニットの間の第２伝送部（アップリンク）とを備え、第１伝送部が音響振動または音波で作動することにある。
【００６０】
１つの実施例で、第２伝送部は電磁波で作動する。
【００６１】
１つの実施例で、測定ユニットと内部受信および送信ユニットのデータと作動用エネルギーの両方が第２伝送部を介して伝達される。
【００６２】
１つの実施例で、第３伝送部がデータと音響振動または音波を送るために作動する。
【００６３】
１つの実施例で、測定ユニットと内部受信および送信ユニットは身体適合性の物質に封入される。
【００６４】
１つの実施例で、内部送信ユニットはインプラントに音響連結される。
【００６５】
１つの実施例で、外部送信ユニットおよび／または音響の外部受信ユニットは、皮膚へつながれるように設計されている。
【００６６】
金属ピンなどによる経皮的トランシットを備えた内部インプラントの場合の１つの実施例で、ピンが第１伝送部を構成する。  
【００６７】
１つの実施例で、測定ユニットと内部送受信ユニットは髄内くぎに取り付けられる。また、外部の音響受信ユニットは、くぎの対応端またはくぎに連結した打ち込み具に取外し可能に取り付けることができる。
【００６８】
１つの実施例で、インプラントにつながれたデータ伝送システムが提供され、それは、内部送信ユニットを備えた埋込可能なトランスポンダと、体外に配置された受信ユニットと、内部送信および体外の受信ユニット間の第１の伝送部（ダウンリンク）と、アップリンク部に沿った誘導および／または容量結合による電磁エネルギー供給部とを備え、第１伝送部が音響振動または音波で作動する。
【００６９】
１つの実施例で、埋込可能なトランスポンダが独立したユニットを形成するか、あるいはインプラントに統合される。
【００７０】
１つの実施例で、埋込可能なトランスポンダが埋込可能な遠隔測定ユニットに統合されるか、あるいはそのようなユニットにつながれる。
【００７１】
１つの実施例で、データ伝送が、電磁振動および／または波によって外部送信ユニットから埋め込まれたトランスポンダへ行われる。
【００７２】
１つの実施例で、データ伝送が、音響振動および／または波によって外部送信ユニットから埋め込まれたトランスポンダへ行われる。
【００７３】
１つの実施例で、埋め込まれた音響送信ユニットが、骨、インプラントまたは軟部組織に音響的につながれる。
【００７４】
１つの実施例で、外部音響送信および／または受信ユニットが、皮膚または経皮的インプラントの外部部分につながれる。
【００７５】
１つの実施例で、埋め込まれたトランスポンダが、永久に保存されたデータを備えたメモリを含んでいる（読出し専用トランスポンダ）。
【００７６】
１つの実施例で、埋め込まれたトランスポンダが、修正可能で書込み可能なメモリを含んでいる。
【００７７】
用語「備える」が他の要素またはステップを除外せず、「ａ」や「ａｎ」が複数を除外しないことに注意されたい。また、異なる実施例で記載された要素を組み合わせることもできる。
【００７８】
請求項中の参照符号を請求項の限定として解釈すべきでないことにも注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】発明による遠隔測定システムの概要図を示す。
【図２】発明による遠隔測定システムの適用の別の概要図を示す。
【図３】発明の１つの典型的な実施例によるアクティブなくぎ先端および末端ターゲティング手段を使用するターゲティング装置を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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