(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の中からその身体の外部のデータ通信装置にデータを無線により通信するためのデータ通信システムにおいて、
金属表面を有する整形外科用プロテーゼ移植部品であって、当該整形外科用プロテーゼ移植部品は人の骨組織を置き換えるように構成される、整形外科用プロテーゼ移植部品と、
前記整形外科用プロテーゼ移植部品の金属表面に電気的に結合された無線通信モジュールであって、搬送波が前記整形外科用プロテーゼ移植部品の金属表面の所定の長さを励振し、前記整形外科用プロテーゼ移植部品の前記所定の長さがアンテナとして動作するようにした、無線通信モジュールと、
を備えているデータ通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記無線通信モジュールが、センサー・データにより変調した信号を送信するためのモジュールである、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記無線通信モジュールが、データ信号を受信するためのモジュールである、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記無線通信モジュールが、信号の送信および受信の両方を行なうためのトランシーバである、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記無線通信モジュールが、アンテナとして動作する前記移植部品の長さが当該アンテナを介する通信のために使用する搬送波の半波長の整数倍になる点において前記移植部品に結合している、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、
前記無線通信モジュールが、前記移植部品が２極型アンテナとして動作するようにその移植部品のほぼ中間点においてその移植部品に結合している、システム。
【請求項７】
請求項５に記載のシステムにおいて、
前記無線通信モジュールが、前記移植部品が２極型アンテナとして動作するようにその移植部品の一端部においてその移植部品に結合しており、前記システムがさらに
前記移植部品から発生した場を反射して、その移植部品の反射および発生した場が前記キャリア信号のほぼ半波長の長さ有する２極型アンテナから発生される場に類似するように位置決めされている接地平面を備えている、システム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、
前記接地平面が前記アンテナとして動作する移植部品に組み込まれている、システム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムにおいて、
前記接地平面が、前記アンテナとして動作する移植部品が配置されている関節を再構成するために使用する別の移植部品の中に組み込まれている、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記無線通信モジュールが約２．４ＧＨｚの搬送波の周波数においてデータを通信する、システム。
【請求項１１】
人体の中からその人体の外部の装置にデータを無線により通信するための方法において、
金属表面を有し人の骨組織を置き換えるように使用される整形外科用プロテーゼ移植部品に無線通信モジュールを電気的に結合する処理と、
前記無線通信モジュールと、前記移植部品が骨組織を置き換えるために使用された患者の外部のデータ通信装置との間の無線通信のためのアンテナとして前記移植部品を動作させる処理と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は関節移植システムに関連しており、別の医療データ装置に通信している関節移植システムに関連している。
【背景技術】
【０００２】
体内の種々の関節はその関節内において互いに接触または近接して移動する関節を形成している種々の表面を伴う骨により構成されている。例えば、膝は内側および外側の顆まで延びている大腿骨の先端部を含む関節であり、これらの顆は関節の移動のために近位側の頸骨の膝蓋骨および半月板の両方と協同する。関節炎等のような骨の病気は１個以上の関節の区画部分を悪化してその関節の移動により痛みが生じる可能性がある。病気または傷害により悪化した関節の一例の治療方法はその関節の１個以上の区画部分を人工の移植片により置き換えることである。例えば、膝関節全置換（ＴＫＲ）は膝を外科的に開口して、その遠位側の大腿骨、近位側の頸骨、および／または膝蓋骨の表面の病気の部分を除去し、人工のプロテーゼを移植することにより行なうことができる。この場合に、このような骨のプロテーゼを作成するために使用する生体適合性の種々の材料は感染および磨耗の危険性を十分に減少する。
【０００３】
病気の関節を修復するために人工の移植片を使用する一例の重要な態様はこれらの移植片の互いに対する適合および患者の関節の生理学的機能である。すなわち、移植片の大きさ、形状、および位置は患者の種々の靭帯および筋肉に応じたその患者の移動を可能にするための重要なパラメータである。手術後の回復およびリハビリ（社会復帰）の期間中において、移植片の配置および安定性に関する情報はその手術が計画通りに進行しているか、および、その治癒が予測どおりに生じているかを決定するために有用である。
【０００４】
種々の移植片の構成部品およびこれらの患者の関節内への一体化に関するデータはＸ線写真画像、磁気共鳴画像、およびＣＴ（コンピュータ連動断層撮影）スキャンにより得ることができる。これらの方法はリハビリ期間における特定の時点における関節の種々の画像を生じるが、これらは多数の欠点を有している。その一例として、これらの技法の一部は関節を固定する必要があり、さもなければ、画像品質が損なわれる。また、別の例として、患者が運動やその他のリハビリのための活動を行なっている間にはその関節から画像を生じることは一般的にできない。加えて、これらの技法により得た画像は同時ではなく、これらは関節内において作用している種々の力の測定結果も与えない。しかしながら、リハビリ期間中の移植片の各構成部品に関する継続的で正確な情報は関節置換手術の評価において有意義な価値を有すると考えられる。
【０００５】
患者の体内に移植した整形外科用の各部品の近くにおける種々のパラメータの測定値を与えるための試みにおいて、種々のセンサーおよびこれらのセンサーにより測定したパラメータ情報を送信する遠隔測定モジュールが種々の骨固定用の装置および骨融合用の移植片に結合している。例えば、特許文献１はひずみセンサーおよび遠隔測定ユニットが取り付けられている骨固定装置を開示している。このひずみセンサーは骨折を修復するために用いられている骨固定装置により感知されるひずみの大きさに相当する信号を発生する。さらに、この信号を上記の遠隔測定ユニットに導体を介して供給することにより、この信号はその遠隔測定ユニットに結合しているアンテナに送信される信号を変調するために用いることができるようになる。さらに、特許文献２において、患者の脊柱における骨の融合に関するデータを供給するためにセンサーおよび遠隔測定モジュールが腹側頸部安定化システムに付随している。この場合においても、上記遠隔測定ユニットに結合している１個以上のセンサーからのデータがそのデータを伴う遠隔測定ユニットからの信号を変調してその結果としての信号をアンテナを通して放射することにより患者の外部にある装置に無線通信される。この場合に、患者の皮膚を通した電線は感染の機会を与えるので、無線通信が好ましいと考えられる。
【０００６】
上記のような患者の体内に移植できる既知の無線通信システムにおいて、上記アンテナは患者の体外にある無線ユニットに対して無線通信するために微細加工または微細製造する必要のある上記遠隔測定モジュールにおける部品である。このアンテナは上記の遠隔測定モジュールまたはセンサーの中に組み込むことができる。あるいは、このアンテナは上記システム内の別の部品として製造して遠隔測定ユニットに結合することも可能である。これにより、このアンテナの設計および製造は上記のパラメータ・センサーおよび電子モジュールの骨固定装置または整形外科部品に対する組み込みを複雑にしている。
【特許文献１】米国特許第６，０３４，２９６号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７０６，００５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、要望されていることは、遠隔測定ユニット内におけるアンテナの微細加工または微細製造を必要とすることなく、完全なまたは部分的な関節置換手術を行なった後に関節から継続的で同時のデータを供給する方法である。
【０００８】
さらに、要望されていることは、システムのための別のアンテナ部品の製造を必要とすることなく、完全なまたは部分的な関節置換手術を行なった後の関節から継続的で同時のデータを供給する方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
患者の体内に配置されているセンサーまたはデータ・モジュールからのデータを無線通信するための既知の種々のシステムにおける上記の種々の制限が本発明の原理に従って動作するシステムおよび方法により解消されている。本発明のシステムは金属表面を有する移植部品および当該移植部品の長さがアンテナとして動作するようにこの移植部品に電気的に結合している無線通信モジュールを含む。このように、アンテナとして上記の移植部品を使用することは上記無線通信モジュールが外部の装置にデータを送信して、その外部の装置からデータを受信することを可能にしている。この無線通信モジュールは上記の人工移植片を通してセンサーのデータにより変調した信号を送信するためのモジュール、あるいは、当該人工移植片を通してデータ・信号を受信するためのモジュールとすることができる。また、この無線通信モジュールは上記移植部品を通して種々の信号の送信および受信の両方を行なうためのトランシーバとすることも可能である。
【００１０】
本発明のシステムにおいて、上記無線通信モジュールは上記のアンテナとして動作する移植部品の長さがそのアンテナを介する通信のための搬送波の半波長の整数倍である点においてその移植部品に結合可能である。例えば、上記無線通信モジュールは上記人工移植片に対してほぼその中間点において電気的に結合することができ、これにより、その人工移植片のその結合点からそれぞれの端部までの長さが上記搬送波の波長の１／４にほぼ等しい長さになる。この構成において、この人工移植片は上記無線通信モジュールのための２極型アンテナを形成する。
【００１１】
本発明システムはまた移植部品に組み込まれている接地平面も含むことができ、これにより、上記のアンテナとして動作する移植部品の長さがキャリヤ信号の波長の約１／２ではなくても２極型アンテナとして機能できる。すなわち、接地平面の付加により、上記無線通信モジュールに結合している移植部品により発せられる電磁放射線が反射して、その結果として生じる場が２極型アンテナの場に対応する。このことは上記の無線通信モジュールをキャリヤ信号の波長の約１／４の長さを有する人工移植片の一端部に結合して単極型のアンテナを形成することにより達成できる。さらに、上記の接地平面はこの面が発生した場を反射してその発生した場と反射した場の全体の形態が単極型アンテナの場の形態に類似するように位置決めできる。また、この接地平面は上記のアンテナとして動作する移植部品の中に組み込むことができ、あるいは、関節を再構成するために用いる別の移植部品に組み込むことも可能である。
【００１２】
上記の無線通信モジュールは手術室の環境内における無線通信のために使用できる多数の周波数のいずれかにおいてデータを送受信することができる。例えば、この無線通信モジュールは２．４ＧＨｚのブルートゥース（Bluetooth）（登録商標）周波数において通信できる。この周波数は自由空間内において５．９４５センチメートルの半波長を有するが、血液組織の誘電率は自由空間の誘電率とは異なっている。実際に、異なる種類の血液組織は誘電率において異なっている。従って、上記のアンテナとして用いられる移植片または移植片の部分はそのアンテナの近くにおける身体組織の誘電率およびそのアンテナによる無線通信のために用いる周波数に従って選択されるか寸法付けられる。また、このアンテナは接地平面と共に２極型または単極型のアンテナとして動作するように寸法付けることができる。また、単極型のアンテナ用の接地平面を別の人工移植部品に組み込むことにより、使用している無線周波数および周囲の誘電率に相当する２極型アンテナにより発生される場に相当する合計の発生されたおよび反射した場を生じることができる。
【００１３】
本発明の一例の利点は外部通信装置が移植部品から応答信号が受信されるまで可変同調可能であることである。その後、この応答信号を受信する周波数はその信号の半波長およびその応答信号を送信している人工移植片の長さを決定するために用いることができる。さらに、この移植片の長さに関する情報は、異なるシステムが異なる寸法を有する種々の部品を使用しているので、その部分的または完全な関節置換手術を実行するために用いたシステムを確認するために使用できる。なお、このような情報は患者の体内に移植可能な一部のデータ通信システムにおいて必要とされるような無線通信モジュール内における確認データの保存を必要とせずに本発明により利用可能にすることができる。
【００１４】
本発明の一例の実施形態において、膝関節置換用の区画部分に対応する頸骨部品はその頸骨部品のほぼ中間点に結合している無線通信モジュールを有している。さらに、圧力センサーが置換用の膝の頸骨に加えられる圧力を感知するために上記頸骨部品の近くに配置されている。このセンサーは電線またはワイヤを介して上記無線通信モジュールに結合している。さらに、この圧力センサーにより発せられる圧力信号は上記電線を介して無線通信モジュールに供給され、このモジュールにおいて、その信号は上記頸骨部品の長さに等しい半波長を有するキャリヤ周波数を変調するために用いられる。その後、この変調された信号が上記頸骨部品に結合して外部データ通信モジュールに対する応答信号として放射されるように、その外部データ通信モジュールからの質問信号が上記無線通信モジュールを活性化する。さらに、この外部通信装置はその応答信号を復調してデータ収集のためにその圧力信号を得る。
【００１５】
本発明の別の実施形態において、上記頸骨部品は当該頸骨部品が単極型アンテナとして動作するように上記無線通信モジュールに結合している。この場合に、複数の顆が接合して関節を形成しているポリエチレンの支持体の中に、接地平面が取り付けられていて、上記頸骨部品により発せられる電磁場が反射されるようになっている。これにより、上記頸骨部品により実施される単極型アンテナはキャリヤ周波数に対して２極型アンテナにより生じる場に相当する場を発生する。
【００１６】
本発明に従って動作する方法は無線通信モジュールを金属表面を有する移植部品に電気的に結合する処理、およびこの移植部品を上記無線通信モジュールと当該移植部品が移植されている患者の外部にあるデータ通信装置との間の無線通信のためのアンテナとして動作する処理を含む。また、上記方法は上記のアンテナとして動作する移植部品を通して変調した搬送波を送信する処理、またはその移植部品を通して変調した搬送波を受信する処理を含む。この移植部品を通して送信される搬送波は上記無線通信モジュールに結合しているセンサーから受信されるセンサー・データにより変調できる。また、上記移植部品を通して受信される変調した搬送波は上記無線通信モジュールにより復調して上記外部データ通信装置からデータ信号を得ることができる。
【００１７】
本発明の方法において、上記無線通信モジュールの移植部品に対する結合はアンテナとして動作するその移植部品の長さが搬送波の半波長の整数倍になる点において行なうことができる。例えば、上記無線通信モジュールの移植部品に対する結合はその人工移植部品が対応している周波数に対する２極型アンテナとして動作することを可能にする点において行なうことができる。さらに、この点はその結合点から上記移植部品の各端部までの距離が体内組織内における搬送波の波長の約１／４になるようにその移植部品の長さのほぼ中間点に位置決めすることができる。
【００１８】
本発明の方法は移植部品の中に接地平面を組み込む処理も含み、これにより、そのアンテナとして動作する移植片は単極型アンテナとして動作し、その接地平面はその移植部品が単極型アンテナにより発生される場に相当する場を発生することを可能にする。すなわち、この接地平面の付加はアンテナとして動作する移植部品により発生する電磁放射線を反射し、その結果として生じる場が単極型アンテナの場に相当する。このことは上記の無線通信モジュールを身体組織の中におけるキャリヤ信号の波長の約１／４の長さを有する移植部品の一端部に結合することにより達成できる。さらに、上記の接地平面は上記のアンテナとして動作する移植部品の中に組み込むことができ、あるいは、関節を再構成するために用いる別の移植部品の中に組み込むことも可能である。また、この接地平面は上記移植部品により発生される磁場を反射するように関節の中に位置決めされ、それゆえ、発生および反射した全体の場が単極型アンテナの場に類似する。
【００１９】
上記の無線通信モジュールと外部データ通信装置との間の無線通信は既知の無線通信基準に対応する多数の周波数のいずれかにおいて送信できる。例えば、この無線通信は２．４ＧＨｚのブルートゥルース周波数を用いて実施できる。上述したように、この周波数の波長は２極型または単極型のアンテナとしての移植部品に対応する結合点を定めるために使用できる。本発明の方法はまた応答信号が上記無線通信モジュールから受信されるまで外部データ通信装置を可変同調する処理も含むことができる。その後、その応答信号を受信する周波数がその信号の半波長およびその応答信号を送信する移植部品の長さを決定するために使用可能になる。さらに、この移植片の長さに関する情報は関節を部分的または完全に再構成するために使用したシステムを確認するために用いることができる。
【００２０】
本発明の方法は外部データ通信装置に対する無線通信のために膝置換用の区画部分に対応する頸骨部品に無線通信モジュールを電気的に結合する処理を含むことができる。この場合に、上記頸骨部品の近くに位置決めされているセンサーまたはメモリー・モジュールにより発生されるデータ信号が上記無線通信モジュールに電線を介して結合する。このデータ信号は上記外部データ通信装置からの質問信号に応答して頸骨部品を通して放射されるキャリヤ周波数を変調するために用いられる。さらに、この外部データ通信装置はその応答信号を復調してデータ収集のためにそのデータ信号を得る。
【００２１】
本発明の方法はまた頸骨部品が単極型アンテナとして動作するようにその頸骨部品を無線通信モジュールに結合する処理、および複数の顆が接合して関節を形成しているポリエチレンの支持体を伴う接地平面を供給する処理も含むことができ、これにより、上記頸骨部品により発生される電磁場が反射されるようになる。従って、この頸骨部品により実施される単極型アンテナはキャリヤ周波数に対応する２極型アンテナにより生じる場に相当する場を発生する。
【００２２】
この結果、本発明のシステムおよび方法は無線通信のためのアンテナを別に製造する必要を伴わずに患者の置換された関節に付随するセンサーおよび／またはメモリー・モジュールと外部データ通信装置との間の無線通信を可能にしている。
【００２３】
本発明のシステムおよび方法はまたアンテナとして動作する部品の長さを上記の外部データ通信装置を可変同調することにより決定して、上記無線通信モジュールがその移植部品を通してその外部装置に応答信号を供給することも可能にしている。
【００２４】
上記の特徴および利点ならびにその他が以下の詳細な説明および添付図面を参照することにより当業界における通常の熟練者においてさらに容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２５】
従って、本発明によれば、遠隔測定ユニット内におけるアンテナの微細加工または微細製造を必要とすることなく、完全なまたは部分的な関節置換手術を行なった後に関節から継続的で同時のデータを供給するシステムおよび方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
全関節置換手術は一般的に関節まで延びている骨を切除する処理、および幾つかのプロテーゼ部品を移植する処理を含み、これらの部品はその関節の接合が改善されるように除去された骨の部分に置き換わる。膝関節全置換（ＴＫＲ）術は図１において示されているような頸骨部品１４および大腿骨部品１８を有するコンポーネント・システム１０を使用できる。この大腿骨部品１８は一端部において形成されている外側顆２４および内側顆２８を有するステム部２０を含み、頸骨部品３０は支持体３４を有するステム部３０を含む。大腿骨部品１８は大腿骨の先端部を最初に切除して患者の脚部の中に設置することができ、これにより、ステム部２０がその大腿骨の残りの部分の中に挿入可能になり、両方の顆２４，２８がその再構成された大腿骨の端部になる。このようなＴＫＲ手術においては、ステム部３０が頸骨の中に挿入可能になるようにその頸骨の基端部も切除されて、大腿骨部品１８の外側および内側の顆２４，２８がその頸骨部品１４の支持体３４において接合して関節を形成できるようになる。完全なまたは部分的な関節置換システムの部品は一般的にチタン等のような生体適合性の金属により構成されている。
【００２７】
本発明の一例の実施形態において、無線通信モジュール３８およびセンサー４０を頸骨部品１４に取り付けて、再構成した関節からのデータをその患者の外部の装置４４に対して通信可能にすることができる。このセンサー４０はまた再構成した関節の近くにおいて得たデータを保存するメモリー・モジュールとすることも可能である。なお、本発明のデータ通信システムは膝置換システムにおける頸骨部品において実施されているものとして示されているが、この通信システムは膝置換システムにおける別の部品において実施することも可能である。加えて、本発明の原理に従って作成されているデータ通信システムは人体における別の関節および骨に対応する種々の再構成システム内の種々の部品において実施可能である。
【００２８】
上記無線通信モジュール３８は頸骨部品１４の外側に取り付けて電気リード線４８を介して頸骨部品１４のステム部３０に取り付けられている１個以上のセンサーに結合できる。この無線通信モジュール３８はまた頸骨部品１４のステム部３０に電気的に結合している。以下においてさらに完全に説明されているように、この無線通信モジュール３８からの信号が外部装置４４に対する通信のために当該モジュール３８が電気的に結合している移植部品の金属から放射される。図１の実施形態において、センサー４０は頸骨部品１４を通して外部装置４４に通信するためにリード線４８を介して無線通信モジュール３８に供給される特定の測定されたパラメータに対応する信号を発生する。この場合に、上記センサーにより測定されるパラメータは圧力、温度、ひずみ等のような既知のセンサーおよびトランスデューサにより測定される任意のパラメータとすることができる。
【００２９】
上記センサー４０はピエゾ抵抗型、圧電型、または容量型のセンサーとすることができるが、別の種類のセンサーおよびトランスデューサも使用可能である。この場合に、これらのピエゾ抵抗型、圧電型、および容量型のセンサーは当該センサーにより測定される力またはパラメータにより変化する電気的なパラメータを有するセンサーである。例えば、ピエゾ抵抗型のセンサーは当該センサーにおける圧力の供給に応じて変化する電気抵抗値を有する。この場合に、感知用の電流がこのセンサーを通して供給されて、このセンサーの抵抗における変化が当該センサーの中を通る電流の変化により検出される。上記センサー４０はまた再構成した関節または再構成した関節の領域内の組織に関するデータを保存するメモリー・モジュールとすることも可能である。さらに、このメモリー・モジュールはその保存したデータを外部装置に対する通信のために上記無線通信モジュール３８に供給する。
【００３０】
本発明の原理に従って構成できる無線通信モジュール３８の一例の実施形態のブロック図が図２Ａにおいて示されている。この無線通信モジュール３８はＲＦ−ＤＣ変換器／変調器５０および制御回路５４を含むことができる。この場合に、ＲＦ−ＤＣ変換器／変調器５０はアンテナとして動作する頸骨部品１４の一部分を励振する外部装置４４により送信される信号からのエネルギーを制御回路５４およびセンサー４０にエネルギー供給するための直流（ＤＣ）電流に変換する。さらに、この外部装置４４からの電力の受信に応答して、上記センサーはリード線４８により制御回路５４に供給される信号を発生する。その後、この信号がＲＦ−ＤＣ変換器／変調器５０に供給されて、この信号がその変換器／変調器５０により発生される搬送波を変調するために用いることができる。さらに、この変調された搬送波は頸骨部品１４に結合していて、当該頸骨部品により放射されてアンテナ５８を介して外部通信装置４４により受信される。
【００３１】
上記無線通信モジュール３８のＲＦ−ＤＣ変換器／変調器５０は種々の結合用パッドによるか人体の中に移植する電気的な種々の部品において用いられているその他の既知の電気的に伝導性の材料により頸骨部品１４に電気的に結合できる。その後、この無線通信モジュール３８はパリレン、ポリジメチルシロキサン、またはその他の生体適合性のエポキシ等のような軟質の高分子フィルムにより被覆できる。また、この無線通信モジュール３８は集積回路と共に実施可能である。さらに具体的に言えば、この無線モジュール３８はアプリケーション・スペシフィック・インテグレイテッド・サーキット（ＡＳＩＣ）として製造できる。
【００３２】
本発明の原理に従って構成できる上記無線通信モジュール３８の別の実施形態が図２Ｂにおいて示されている。図示のように、この無線通信モジュール３８はＲＦトランシーバ６０、プロセッサ６４、および電池６８により構成できる。この電池６８はＲＦトランシーバ６０およびプロセッサ６４に継続的に電力を供給するように備えられている。また、プロセッサ６４はモジュール３８が移植されている関節の近くにおける種々のパラメータを測定するための１個以上のセンサー４０にリード線４８を介して結合できる。また、このプロセッサ６４はメモリーを備えていて、各センサー４０からの信号を外部装置４４によるその後の検索のために当該プロセッサ６４のメモリーの中に保存できる形態に変換することが可能である。この場合に、このメモリーは上記プロセッサの内部に存在していてもよく、あるいは、データの保存のために用いる上記プロセッサの外部のメモリー・モジュールにすることも可能である。また、上記ＲＦトランシーバは上記無線通信モジュールが電気的に結合している移植部品を介する信号の送信および受信の両方を行なうことができる。この場合に、質問信号に応じて、あるいは、特定の周期に基づいて、上記プロセッサ６４はそのメモリーからデータを取り出してそのデータをＲＦトランシーバ６０に供給できる。この結果、ＲＦトランシーバ６０は外部装置４４に対して移植部品を介して送信するためにそのデータにより搬送波を変調する。また、ＲＦトランシーバ６０は移植部品を介して外部装置４４から信号を受信してその信号を復調することによりデータを得ることも可能である。さらに、これらのデータは即時の使用、あるいは、その後の使用またはプロセッサ６４の動作を制御するプログラムの変更のために当該プロセッサ内に保存するためにプロセッサ６４に供給することができる。
【００３３】
上記の無線通信モジュール３８は、例えば、頸骨移植部品の中間点においてその頸骨移植部品に電気的に結合できる。自由空間内において、このことは上記のＲＦ−ＤＣ変換器／変調器またはＲＦトランシーバが頸骨部品の長さの２倍の長さである波長を有する信号に相当する周波数を有する搬送波を使用することが必要になることを意味する。しかしながら、種々の身体組織の誘電率が自由空間よりも高いために、上記の周波数は頸骨部品の長さと同程度の長さの波長を有するものとする必要がある。例えば、１６ｃｍの自由空間内における半波長を有する信号は１ＧＨｚに相当するが、身体組織内においては、その半波長は８ｃｍになると考えられる。従って、８ｃｍの長さの移植部品の中間点において上記無線通信モジュールを結合することにより、その移植モジュールが１ＧＨｚの搬送波に対応する２極型アンテナとして作用することが可能になると考えられる。
【００３４】
上記ブルートゥース通信の基準は２．４ＧＨｚのキャリヤ周波数を使用しており、この周波数は自由空間内における５．９４５ｃｍの半波長に相当する。さらに、この周波数は自由空間内において５．９４５ｃｍの半波長を有しているが、身体組織の誘電率は自由空間の誘電率とは異なる。実際に、異なる種類の身体組織は誘電率において異なっている。従って、アンテナとして用いる移植片または移植片の部分はそのアンテナの近くの身体組織の誘電率およびそのアンテナに対する無線通信のために用いる周波数に従って選択または寸法付けられる。また、上記アンテナは２極型アンテナまたは接地平面を伴う単極型アンテナとして動作するように寸法付けることができる。さらに、この単極型アンテナにおける接地平面は使用している無線周波数および周囲の誘電率に対応する２極アンテナにより発生される場に相当する全体の発生および反射される場を生じるように別の人工の移植部品に組み込むことも可能である。従って、本発明のシステムにおいて、上記無線通信モジュールはアンテナとして使用されている移植部品の物理的な特性に一致するキャリヤ周波数を使用することに適合でき、あるいは、その移植片の物理的な寸法が特定の通信基準に対応するアンテナを備えるために一致できる。なお、本発明において、移植部品がＩＥＥＥ８０２．１１（ａ），８０２．１１（ｂ），８０２．１１（ｇ），８０２．１１（ｎ），８０２．１５．１（ブルートゥース），８０２．１５．３（ワイメディア（WiMedia）），８０２．１５．４（ジグビー（ZigBee）），８０２．１６（ブロードバンド・ワイヤレス・アクセス（Broadband Wireless Access）），ワイヤレスＵＳＢ（Wireless USB），ウエーブニス（Wavenis）およびホームＲＦ（HomeRF）の各基準に従って通信するアンテナとして使用可能であることが考慮されているが、別の無線通信基準も使用可能である。
【００３５】
アンテナとして動作するための移植部品を構成するための付加的な柔軟性を賦与するために、接地平面を移植部品に組み込むことができ、これにより、そのアンテナとして動作する移植片は単極型のアンテナとして構成できる。例えば、図１の頸骨部品が改良された支持体３４を伴って図３において示されている。この支持体３４は一般的に各顆２４，２８の関節を形成する接合を容易にするために低い摩擦係数を有する、ポリエチレン等のような、材料により構成されている。さらに、この支持体３４の中に接地平面７６が含まれている。この接地平面７６はチタンの合金等のような生体適合性の合金により構成されている。この接地平面の周囲の支持材料が非導電性であるので、頸骨部品１４のステム部３０と支持体３４の中に形成されている接地平面との間には電気的な接続が全くない。従って、無線通信モジュール３８を頸骨部品の一端部に電気的に結合することにより、非導電性の支持体３４までの頸骨部品の長さが概ね当該頸骨部品のステム部３０の長さである１／４波長を有する周波数に対応する単極型アンテナとして動作する。さらに、上記無線通信モジュール３８により励振される時に頸骨部品により発生される電磁場は上記接地平面７６により反射する。これにより、上記の発生および反射した場の全体の画像が頸骨部品の長さの約２倍である半波長を身体組織内において有する周波数に対応する２極型アンテナの場に相当する。
【００３６】
本発明の原理に従って動作する方法も図１および図３に関連して説明できる。一例の方法は無線通信モジュールを金属表面を有する移植部品に電気的に連結する処理、および、その移植部品を上記無線通信モジュールと当該移植部品が移植されている患者の外部のデータ通信装置との間の無線通信のためのアンテナとして動作させる処理を含む。さらに、この無線通信はセンサーからセンサー・データを受信する処理、その受信したセンサー・データにより搬送波を変調する処理、およびその変調した搬送波をアンテナとして作用する上記の移植部品から放射する処理を含む。さらに、上記の無線通信はアンテナとして動作している移植部品から変調した搬送波を受信する処理、およびその変調波を復調して外部のデータ通信装置からのデータ信号を得る処理も含むことができる。
【００３７】
本発明の方法において、上記無線通信モジュールの人工移植片に対する結合はそのアンテナとして動作する人工移植片の長さが搬送波の半波長の整数倍である点において行なうことができる。図１において示されているように、上記の結合は人工移植片が２極型アンテナとして動作することを可能にする点において行なうことができる。さらに、この点は人工移植片の長さのほぼ中間点に位置決めすることができ、これにより、その結合点からその移植部品の各端部までの距離が搬送波の波長の約１／４になる。また、図３において示されているように、上記の結合は移植部品が単極型のアンテナとして動作することを可能にする点において行なうことができる。この場合に、上記方法はアンテナとして作用する移植部品の近くに接地平面を配向して、その発生および反射した場の合計の画像が２極型アンテナの発生する場に相当するようにする処理を含む。このような単極型アンテナの構成は無線通信モジュールをキャリヤ信号波長の約１／４の長さを有する人工移植片の一端部に結合することにより達成できる。さらに、上記接地平面は発生した場を反射してその発生および反射した全体の場の形態が２極型アンテナの場の形態に類似するように位置決めできる。
【００３８】
本発明の方法はまた特定の通信基準に対応する種々の搬送波を放射するための移植部品を構成する処理も考慮している。この移植部品は接地平面を備えることにより、その移植部品を特定の無線通信基準の搬送波を実施するための単極型アンテナとして構成することができ、あるいは、無線通信モジュールをこれに結合してその移植部品が特定の搬送波に対応する２極型アンテナとして動作するように寸法付けることも可能である。
【００３９】
本発明の方法は図１乃至図３において示されているような外部データ通信装置に対する無線通信のための頸骨部品を構成するために使用できる。しかしながら、当業界における通常の熟練者であれば、本発明の原理を別の種々の成形外科用の移植部品に適用して、再構成した関節または骨折した骨の近くに配置したセンサーがデータを発生し、これらのデータを移植部品を介して外部装置に無線通信可能にする方法が認識できる。これらのセンサーからのデータは移植部品に結合していて外部データ通信装置に放射されるキャリヤ周波数を変調するために使用できる。さらに、この外部通信装置はその受信した信号を復調して収集および／または処理のためにそのセンサー・データを得る。
【００４０】
以上において、本発明が幾つかの処理方法およびシステム部品の例の説明により例証されていて、種々の処理方法および部品が相当詳細に説明されているが、本特許出願人はこれらの詳細に添付の特許請求の各項を制限または何らかの限定を行なうことを意図していない。すなわち、さらに別の利点および変更が当業界における熟練者において容易に明らかになる。それゆえ、本発明はその最も広い態様においてそれぞれの図示および説明されている特定の詳細、実施方法、あるいは各実施例に限定されない。従って、種々の変形および変更が特許出願人の総括的な発明の概念の趣旨および範囲から逸脱することなく上記の詳細により行なうことが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は患者の体内に配置されているセンサーまたはデータ・モジュールからのデータを無線通信するためのシステムおよび方法に適用できる。本発明のシステムは金属表面を有する移植部品および当該移植部品の長さがアンテナとして動作するようにこの移植部品に電気的に結合している無線通信モジュールを含む。
【００４２】
本発明の具体的な実施態様は以下のとおりである。
（１）人体の中からその身体の外部のデータ通信装置にデータを無線により通信するためのデータ通信システムにおいて、
金属表面を有する移植部品、および
前記移植部品の長さがアンテナとして動作するようにその移植部品に電気的に結合している無線通信モジュールを備えているデータ通信システム。
（２）前記無線通信モジュールが前記移植部品を介してセンサー・データにより変調した信号を送信するためのモジュールである実施態様（１）に記載のシステム。
（３）前記無線通信モジュールが前記移植部品を介してデータ信号を受信するためのモジュールである実施態様（１）に記載のシステム。
（４）前記無線通信モジュールが前記移植部品を介して信号の送信および受信の両方を行なうためのトランシーバである実施態様（１）に記載のシステム。
（５）前記無線通信モジュールが、アンテナとして動作する前記移植部品の長さが当該アンテナを介する通信のために使用する搬送波に対応する半波長の整数倍になる点において前記移植部品に結合している実施態様（１）に記載のシステム。
（６）前記無線通信モジュールが、前記移植部品が２極型アンテナとして動作するようにその移植部品のほぼ中間点においてその移植部品に結合している実施態様（５）に記載のシステム。
（７）前記無線通信モジュールが、前記移植部品が２極型アンテナとして動作するようにその移植部品の一端部においてその移植部品に結合しており、前記システムがさらに
前記移植部品から発生した場を反射して、その移植部品の反射および発生した場が前記キャリヤ信号のほぼ半波長の長さ有する２極型アンテナから発生される場に類似するように位置決めされている接地平面を備えている実施態様（５）に記載のシステム。
（８）前記接地平面が前記アンテナとして動作する移植部品に組み込まれている実施態様（７）に記載のシステム。
（９）前記接地平面が、前記アンテナとして動作する移植部品が配置されている関節を再構成するために使用する別の移植部品の中に組み込まれている実施態様（７）に記載のシステム。
（１０）前記無線通信モジュールが約２．４ＧＨｚの搬送波の周波数においてデータを通信する実施態様（１）に記載のシステム。
（１１）再構成した膝からデータを無線により通信するためのデータ通信システムにおいて、
金属表面を有する頸骨部品、
前記頸骨部品に結合している無線通信モジュール、および
前記頸骨部品の近くのパラメータを感知するために当該頸骨部品の近くに配置されているセンサーを備えており、このセンサーが前記無線通信モジュールに電線を介して結合していて、このセンサーにより発生される信号が前記電線を通して前記無線通信モジュールに供給され、当該無線通信モジュールが前記センサーから受信した信号を用いて外部データ装置に放射するために前記頸骨部品に供給されるキャリヤ周波数を変調するデータ通信システム。
（１２）前記頸骨部品が、当該頸骨部品が２極型アンテナとして動作するように前記無線通信モジュールに結合している実施態様（１１）に記載のシステム。
（１３）前記頸骨部品が、当該頸骨部品が単極型アンテナとして動作するように前記無線通信モジュールに結合しており、前記システムがさらに
前記頸骨部品から発生した電磁場を反射して、その単極型アンテナの発生および反射した場が前記キャリヤ周波数に対応する２極型アンテナにより生じる場に類似する接地平面を備えている実施態様（１１）に記載のシステム。
（１４）人体の中からその人体の外部の装置にデータを無線により通信するための方法において、
無線通信モジュールを金属表面を有する移植部品に電気的に結合する処理、および
前記無線通信モジュールと前記移植部品が移植されている患者の外部のデータ通信装置との間の無線通信のためのアンテナとして前記移植部品を動作させる処理を含む方法。
（１５）さらに、
前記アンテナとして動作する移植部品を介して変調した搬送波を送信する処理を含む実施態様（１４）に記載の方法。
（１６）さらに、
前記アンテナとして動作する移植部品を介して変調した搬送波を受信する処理を含む実施態様（１４）に記載の方法。
（１７）さらに、
センサー・データにより前記移植部品を介して送信される搬送波を変調する処理を含む実施態様（１４）に記載の方法。
（１８）さらに、
前記移植部品を介して受信される変調した搬送波を復調することにより外部データ通信装置からデータ信号を得る処理を含む実施態様（１４）に記載の方法。
（１９）前記無線通信モジュールの前記移植部品に対する結合が、前記アンテナとして動作するその移植部品の長さが前記搬送波の半波長の整数倍になる点において行なわれる実施態様（１４）に記載の方法。
（２０）前記無線通信モジュールの前記移植部品に対する結合が、その移植部品が搬送波の周波数に対応する２極型アンテナとして動作することを可能にする点において行なわれる実施態様（１４）に記載の方法。
（２１）前記無線通信モジュールの前記移植部品に対する結合が、その移植部品が単極型アンテナとして動作することを可能にする点において行なわれ、前記方法がさらに
前記移植部品から発生した電磁場を反射して、その単極型アンテナの反射および発生した場が２極型アンテナにより生じる場に相当する接地平面を位置決めする処理を含む実施態様（１４）に記載の方法。
（２２）さらに、
前記アンテナとして動作する移植部品の中に前記接地平面を組み込む処理を含む実施態様（２１）に記載の方法。
（２３）さらに、
前記アンテナとして動作する移植部品以外の関節を再構成するために用いる移植部品の中に前記接地平面を組み込む処理を含む実施態様（２１）に記載の方法。
（２４）さらに、
前記アンテナとして作用する移植部品を介して前記無線通信モジュールから応答信号が受信されるまで前記外部データ通信装置を可変同調する処理、および
前記応答信号の周波数により前記アンテナとして動作する移植部品の長さを決定する処理を含む実施態様（１４）に記載の方法。
（２５）再構成した膝からデータを無線により通信するための方法において、
外部データ通信装置に対する無線通信のために頸骨部品に無線通信モジュールを電気的に結合する処理、
前記無線通信モジュールにセンサーを結合する処理、
前記無線通信モジュールに結合しているセンサーから受信したデータによりキャリヤ周波数を変調する処理、および
前記変調したキャリヤ周波数を前記頸骨部品を介して放射する処理を含む方法。
（２６）さらに、
前記変調したキャリヤ周波数を復調することによりそのキャリヤ周波数を変調するために用いたデータを得る処理を含む実施態様（２５）に記載の方法。
（２７）前記頸骨部品が、当該頸骨部品が単極型アンテナとして動作するように前記無線通信モジュールに結合しており、前記方法がさらに
前記単極型アンテナとして動作する頸骨部品から発生した電磁場を反射して、その発生した場および反射した場が前記キャリヤ周波数に対応する２極型アンテナにより生じる場に相当する接地平面を位置決めする処理を含む実施態様（２５）に記載の方法。
（２８）前記接地平面が前記頸骨部品から発生した電磁場を反射するために当該頸骨部品におけるポリエチレン・インサートの中に位置決めされる実施態様（２７）に記載の方法。
（２９）さらに、
前記無線通信モジュールが前記移植部品を介して前記外部データ通信装置に対して応答信号を供給するまでその外部データ通信装置を可変同調する処理、および
前記応答信号を受信する周波数により前記頸骨部品の長さを決定する処理を含む実施態様（２５）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】  移植部品を２極型アンテナとして使用しているデータ通信システムが組み込まれている再構成した膝の図である。
【図２Ａ】  再構成した関節の中に組み込まれているデータ通信システムの中において使用できる無線通信モジュールのブロック図である。
【図２Ｂ】  再構成した関節の中に組み込まれているデータ通信システムの中において使用できる無線通信モジュールのブロック図である。
【図３】  移植部品を単極型アンテナとして使用しているデータ通信システムが組み込まれている再構成した膝の図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  コンポーネント・システム
１４  頸骨部品
１８  大腿骨部品
２０  ステム部
２４  外側の顆
２８  内側の顆
３０  ステム部
３４  支持体
３８  無線通信モジュール
４０  センサー
４４  外部装置
４８  リード線
５０  変換器／変調器
５４  制御回路
５８  アンテナ
６０  トランシーバ
６４  プロセッサ
６８  電池
７６  接地平面
【図１】
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【図２Ａ】
0004652150.tif 000003
【図２Ｂ】
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【図３】
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