(57)【要約】【課題】患者の運動学上の動作をモニターするためのシステムを提供する。【解決手段】患者の運動学上の動作をモニターするための、システム、装置、および、方法は、患者の運動器具と、この患者の運動器具のフレームに連結されている指向性アンテナのアレイと、コントローラとを含む。指向性アンテナのアレイは、多数の同一平面上の指向性アンテナと、これらの同一平面上の指向性アンテナに対して非同一平面上に位置決めされている１つまたは複数の付加的な指向性アンテナとを含む。コントローラは、指向性アンテナのアレイに電気的に連結されており、無線送信機により送信される無線信号に応答して指向性アンテナから受信される出力信号に基づいて、患者に連結されている無線送信機の位置を決定するように、構成されている。このコントローラはまた、無線送信機の位置に基づいて、患者の１つまたは複数の骨の位置を決定するように、構成することもできる。【選択図】図１
2007260404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の運動学上の動作をモニターするためのシステムにおいて、
患者の運動器具と、
第１の無線送信機であって、
（ｉ）前記患者の体内に植え込まれるように構成され、かつ、
（ｉｉ）前記患者が前記患者の運動器具を操作している時に、第１の無線信号を送信するように構成されている、
第１の無線送信機と、
複数の第１のアンテナであって、前記患者の運動器具に、互いに実質的に同一平面上に連結されている、複数の第１のアンテナと、
第２のアンテナであって、前記患者の運動器具に、前記複数の第１のアンテナに対して非同一平面上に連結されている、第２のアンテナと、
コントローラであって、
前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナに電気的に連結されており、
前記第１の無線信号に応答して、前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナから受信される出力信号に基づいて、前記第１の無線送信機の位置を決定するように構成されている、
コントローラと、
を含む、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記患者の運動器具は、トレッドミル、ステアステッパー器具、エクササイズバイク、楕円形トレーナー、ローイングマシン、または、スキーマシン、からなる群から選択される運動器具である、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第１の無線信号は、非変調無線信号である、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記複数の第１のアンテナ、および、前記第２のアンテナは、指向性アンテナである、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記複数の第１のアンテナ、および、前記第２のアンテナは、螺旋形の指向性アンテナである、システム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記複数の第１のアンテナ、および、前記第２のアンテナは、前記患者が前記患者の運動器具を使用している時に、各アンテナの照準器がその患者の関連の部分により占められる共通の容積の空間の方に向けられるように、位置決めされている、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記複数の第１のアンテナは、
（ｉ）第１の指向性アンテナであって、この第１の指向性アンテナの照準器が前記患者の運動器具の方に向けられるように、前記患者の運動器具の第１の縦方向の側面に向かって連結されている、第１の指向性アンテナと、
（ｉｉ）第２の指向性アンテナであって、この第２の指向性アンテナの照準器が前記患者の運動器具の方に向けられるように、前記患者の運動器具の第２の縦方向の側面に向かって連結されている、第２の指向性アンテナと、
（ｉｉｉ）第３の指向性アンテナであって、この第３の指向性の連結されたアンテナの照準器が前記患者の運動器具の方に向けられるように、前記患者の運動器具の正面に向かって連結されている、第３の指向性アンテナと、
を含む、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナから受信される出力信号を比較することにより、前記第１の無線送信機の位置を決定するように、構成されている、システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、無線周波方向探知アルゴリズムを用いて、前記出力信号に基づいて、前記第１の無線送信機の位置を決定するように、構成されている、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記コントローラに電気的に連結されている表示装置、
をさらに含み、
このコントローラは、その表示装置に前記第１の無線送信機の位置のしるしを表示するように、構成されている、
システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第１の無線送信機は、整形外科インプラントに連結されている、システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第１の無線送信機は、前記患者の第１の骨の中に植え込まれるように、構成されている、システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記システムは、
表示装置、
をさらに含み、
前記コントローラは、
（ｉ）前記第１の無線送信機の決定された位置に基づいて、前記患者の前記第１の骨の位置を示す第１の位置データを決定するように、構成され、かつ、
（ｉｉ）前記第１の位置データに基づいて、前記表示装置に、前記患者の前記第１の骨の位置のしるしを表示するように、構成されている、
システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、記憶装置の中に前記位置データを記憶するように、構成されている、システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
第２の無線送信機であって、前記第１の無線信号の周波数とは異なる周波数で、非変調の第２の無線信号を送信するように、構成されている、第２の無線送信機、
をさらに含む、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記第２の無線送信機は、前記患者の第２の骨に連結されるように、構成されており、
前記コントローラは、
（ｉ）前記第２の無線信号に応答して、前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナから受信される出力信号に基づいて、前記第２の無線送信機の位置を決定するように、構成され、
（ｉ）前記第１の無線送信機の決定された位置に基づいて、前記患者の前記第２の骨の位置を示す第２の位置データを決定するように、構成され、かつ、
（ｉｉ）前記第２の位置データに基づいて、前記表示装置に、前記患者の前記第２の骨の位置のしるしを表示するように、構成されている、
システム。
【請求項１７】
患者の運動学上の動作をモニターするための装置において、
患者の運動器具と、
第１の指向性アンテナであって、前記患者の運動器具に連結されている、第１の指向性アンテナと、
第２の指向性アンテナであって、前記患者の運動器具に、前記第１の指向性アンテナに対して同一平面上に連結されている、第２の指向性アンテナと、
第３の指向性アンテナであって、前記患者の運動器具に、前記第１の指向性アンテナおよび前記第２の指向性アンテナに対して同一平面上に連結されている、第３の指向性アンテナと、
第４の指向性アンテナであって、前記患者の運動器具に、前記第１の指向性アンテナ、前記第２の指向性アンテナ、および、前記第３の指向性アンテナに対して非同一平面上に連結されている、第４の指向性アンテナと、
を含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔米国特許出願に関連するクロス−リファレンス〕
エドワード・Ｊ・カイラー・ザ・サード（Edward J. Caylor III）他により、２００６年、３月２９日に出願されている、「整形外科用医療装置の位置を決定するためのシステムおよび方法（System and Method for Determining a Location of an Orthopaedic Medical Device）」を発明の名称とする、米国実用特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号に対して、クロス−リファレンスが行なわれており、この実用特許出願の全体は、特別に、参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
〔技術分野〕
本開示は、全般的に、整形外科処置の実施での使用のための、コンピュータ支援外科システム（computer assisted surgery systems）、に関する。
【０００３】
〔発明の背景〕
低侵襲性の外科処置の採用が増えつつある。これらの外科処置は、全般的に、手術領域を見るための外科医の能力を制限するので、外科医は、外科手術を補助するための、コンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システム（computer assisted orthopaedic surgery (CAOS) system）等のようなコンピュータシステムに、より依存するようになっている。
【０００４】
コンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システムは、例えば、実施されている外科処置の手術工程を示す画像と、患者の関連の骨の表現された画像と、を表示することにより、整形外科処置の作業において、外科医を補助する。加えて、コンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システムは、患者の骨、インプラント、および／または、外科器具の位置、を追跡して、表示することにより、外科医に対して手術のナビゲーション、を与える。これを行うために、典型的なコンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システムにおいて、１個以上の基準マーカー（fiducial marker）が、患者の骨、整形外科インプラント、および／または、外科器具に取り付けられている。これらの基準マーカーの位置決め（positioning）に基づいて、関連の骨、整形外科インプラント、および／または、外科器具の位置決めが決定され、外科医に表示される。
【０００５】
〔発明の概要〕
一つの態様によれば、患者の運動学上の動作（kinematic mortion）をモニターするためのシステムは、患者の運動器具と、この患者の運動器具に連結されている複数の第１のアンテナと、を含んでいてよい。この患者の運動器具は、例えば、トレッドミル、ステアステッパーマシン（stairstepper machine）、エクササイズバイク（stationary bicycle）、楕円形トレーナー（elliptical trainer）、ローイングマシン（rowing machine）、スキーマシン（ski machine）等であってよい。また、システムは、患者に連結されている第１の無線送信機、も含んでいてよい。例えば、この第１の無線送信機は、患者の骨の中に植え込まれているか、患者の体内に植え込まれている整形外科インプラントに連結されている、整形外科医療装置、の一部分を形成していてよい。この第１の無線送信機は、非変調無線信号（non-modulated wireless signal）等のような、第１の無線信号を送信するように、構成されていてよい。複数の第１のアンテナは、実質的に同一平面上の配列（coplanar arrangement）で、患者の運動器具に連結されていてよい。また、これら複数の第１のアンテナは、第１の無線信号を受信するように、構成されていてもよい。また、システムは、患者の運動器具に連結されており、複数の第１のアンテナに対して非同一平面上に配置されている、１つ以上の第２のアンテナも含んでいてよい。これらの第１のアンテナおよび第２のアンテナは、例えば、螺旋形の指向性アンテナ（spiral directional antennas）等のような、指向性アンテナ（directional antennas）であってよい。また、これらの第１のアンテナおよび第２のアンテナは、患者が患者の運動器具を使用している間に、その患者の１つ以上の関連の骨により占められる共通の容積（common volume）の方に、それぞれのアンテナの照準器（boresight）が向けられるような位置で、この患者の運動器具に連結されていてよい。例えば、複数の第１のアンテナは、第１の指向性アンテナであって、その第１の指向性アンテナの照準器が患者の運動器具の方に向けられるように、その患者の運動器具の第１の縦方向の側面（first longitudinal side）に向かって連結されている、第１の指向性アンテナ、を含んでいてよい。また、複数の第１のアンテナは、第２の指向性アンテナであって、その第２の指向性アンテナの照準器が患者の運動器具の方に向けられるように、その患者の運動器具の第２の縦方向の側面に向かって連結されている、第２の指向性アンテナも含んでいてよい。複数の第１のアンテナは、第３の指向性アンテナであって、その第３の指向性の連結されたアンテナの照準器が患者の運動器具の方に向けられるように、その患者の運動器具の正面に向かって連結されている、第３の指向性アンテナをさらに含んでいてよい。
【０００６】
システムは、第１のアンテナおよび第２のアンテナに電気的に連結されているコントローラ、をさらに含んでいてよい。このコントローラは、第１のアンテナおよび第２のアンテナから受信された出力信号に基づいて、第１の無線送信機の位置を決定するように、構成されていてよい。また、このコントローラは、例えば、出力信号を比較することにより、第１の無線送信機の位置を決定することも可能である。一実施形態において、コントローラは、無線周波方向探知アルゴリズム（radio frequency direction finding algorithm）を用いて、出力信号に基づいて、第１の無線送信機の位置を決定するように、構成されている。
【０００７】
また、システムは、コントローラに電気的に連結されている表示装置も含んでいてよい。このコントローラは、その表示装置に第１の無線送信機の位置のしるし（indicia）を表示するように、構成されていてよい。第１の無線送信機が患者の第１の骨に連結されている実施形態では、コントローラは、その第１の無線送信機の決定された位置に基づいて、患者の第１の骨の位置を示す第１の位置データを決定し、この第１の位置データに基づいて、表示装置に患者の第１の骨の位置のしるしを表示するように、構成されていてよい。また、コントローラは、記憶装置の中に位置データを記憶するように、構成されていてもよい。また、システムは、第１の無線信号の周波数とは異なる周波数で、非変調の第２の無線信号を送信するように構成されている、第２の無線送信機も含んでいてよい。この第２の無線送信機は、患者の第２の骨に連結させてもよい。コントローラは、第２の無線信号に応答して、複数の第１のアンテナおよび第２のアンテナから受信された出力信号に基づいて、第２の無線送信機の位置を決定するように、構成されていてよい。また、このコントローラは、第１の無線送信機の決定された位置に基づいて、患者の第２の骨の位置を示す第２の位置データを決定し、その第２の位置データに基づいて、表示装置に患者の第２の骨の位置のしるしを表示するように、構成されていてもよい。
【０００８】
別の態様によれば、患者の運動学上の動作をモニターするための装置は、患者の運動器具を含んでいてよい。この患者の運動器具は、フレームを含んでいてよい。また、この装置は、このフレームに連結されている第１の指向性アンテナも含んでいてよい。この装置は、第２の指向性アンテナであって、第１の指向性アンテナと同一平面上でフレームに連結されている、第２の指向性アンテナをさらに含んでいてよい。加えて、この装置は、第３の指向性アンテナであって、第１の指向性アンテナおよび第２の指向性アンテナと同一平面上でフレームに連結されている、第３の指向性アンテナを含んでいてよい。また、この装置は、第４の指向性アンテナであって、第１の指向性アンテナ、第２の指向性アンテナ、および、第３の指向性アンテナに対して非同一平面上でフレームに連結されている、第４の指向性アンテナをさらに含んでいてよい。これらの、第１の指向性アンテナ、第２の指向性アンテナ、第３の指向性アンテナ、および第４の指向性アンテナは、螺旋形の指向性アンテナであり、それぞれのアンテナの照準器が共通の容積の空間の方に向けられるように、位置決めすることができる。
【０００９】
さらに別の態様によれば、患者の運動学上の動作をモニターするための方法は、患者が患者の運動器具で運動している間に、複数の同一平面上の指向性アンテナにより患者に連結されている無線送信機から無線信号を受信する処理、を含んでいてよい。また、この方法は、患者が患者の運動器具で運動している間に、複数の同一平面上の指向性アンテナに対して非同一平面上に位置決めされている指向性アンテナにより、無線信号を受信することも含んでいてよい。この無線信号は、例えば、非変調無線信号、であってよい。また、指向性アンテナは、例えば、螺旋形の指向性アンテナ、であってよい。
【００１０】
また、この方法は、各指向性アンテナから出力信号を受信することと、これらの出力信号を比較することも含んでいてよい。例えば、これらの出力信号は、これらの出力信号の振幅、これらの出力信号の位相、これらの出力信号のドップラー周波数偏移（Doppler frequency shift）、到達の時間差（differential time of arrival）、を比較することにより、かつ／または、別の無線周波方向探知アルゴリズムの使用により、比較することができる。この方法は、この比較する工程に基づいて、無線送信機の位置を示すデータを決定すること、をさらに含んでいてよい。また、この方法は、この決定する工程に基づいて、表示装置に無線送信機の位置のしるしを表示することと、および／または、決定する工程に基づいて、表示装置に患者の骨の位置を示すしるしを表示すること、も含んでいてよい。
【００１１】
詳細な説明は、以下の図面を、特に参照している。
【００１２】
〔図面の詳細な説明〕
本開示の概念は、さまざまな変更および代替の形態を許容し、その具体的で例示的な実施形態は、図面に例として示されており、本明細書に詳細に説明される。しかしながら、本開示の概念を開示されている特定の形態に限定する意図はなく、逆に、その意図は、添付の特許請求の範囲により定められるような、本発明の趣旨および範囲内に属する、全ての変更物、等価物、および代替物、に及ぶことを、理解されたい。
【００１３】
図１において、コンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システム１０は、コンピュータ１２と、カメラユニット１４と、を含んでいる。このＣＡＯＳシステム１０は、任意の種類のコンピュータ支援整形外科システムとして、例示される。例示的に、このＣＡＯＳシステム１０は、インディアナ州ウォーソー（Warsaw, Indiana）所在の、デピュイ・オーソペディックス・インコーポレイテッド（DePuy Orthopaedics, Inc.）から市販されている、１つ以上のコンピュータ支援整形外科システム、および／または、ドイツ、ハイムステッテン（Heimstetten, Germany）所在の、ブレインＬＡＢ（BrainLAB）から市販されている、１つ以上のコンピュータ支援整形外科システム、として実施されている。このカメラユニット１４は、移動カメラユニット（mobile camera unit）１６または固定カメラユニット（fixed camera unit）１８、として例示できる。一部の実施形態では、システム１０は、カメラユニット１６，１８の両方、を含んでいてよい。移動カメラユニット１６は、基部２２に連結されているスタンド２０、を含んでいる。この基部２２は、移動カメラユニット１６を病室２３内で位置を変更することを可能にするように、多数の車輪２１を含んでいてよい。移動カメラユニット１６は、カメラヘッド２４を含んでいる。カメラヘッド２４は、２個のカメラ２６を含んでいる。カメラヘッド２４は、カメラ２６の視野を調節できるように、スタンド２０に対して、位置決めすることが可能である。固定カメラユニット１８は移動カメラユニット１６に類似しており、基部２８と、カメラヘッド３０と、カメラヘッド３０を基部２８に連結しているアーム３２と、を含んでいる。一部の実施形態では、表示スクリーン、照明、等のような、別の周辺装置もまた、基部２８に連結できる。カメラヘッド３０は、２個のカメラ３４を含んでいる。固定カメラユニット１８は、図１において例示的に示されているように、天井に連結させるか、または、病室の壁に連結させることも可能である。カメラユニット１６のカメラヘッド２４と同様に、カメラヘッド３０は、カメラ３４の視野を調節できるように、アーム３２に対して、位置決めすることが可能である。これらのカメラユニット１４，１６，１８は、コンピュータ１２に対して、通信により、連結されている。コンピュータ１２は、このコンピュータ１２が、整形外科処置の実施中に、外科医の近くに位置決めすることができるように、多数の車輪３８を有するカート３６に取り付けるか、これ以外の様式で、連結することが可能である。
【００１４】
次に、図２を参照すると、コンピュータ１２は、例示的に、プロセッサ４０、および、記憶装置４２を含んでいる。プロセッサ４０は、例えば、離散処理回路（discrete processing circuitry）（例えば、論理装置の集合）、１つまたは複数の汎用集積回路、および／または、特定用途向け集積回路（すなわち、ＡＳＩＣｓ）を含む、任意の種類のプロセッサとして、実施できる。記憶装置４２は、任意の種類の記憶装置としても実施可能であり、ランダムアクセスメモリ（すなわち、ＲＡＭ）、および／または、読取専用メモリ（すなわち、ＲＯＭ）等のような、１つ以上のメモリの種類を含んでいてよい。加えて、コンピュータ１２は、例えば、ハードドライブ、入力／出力回路、等のような、本明細書に記載されている機能を実行するための、コンピュータに典型的に見られる別の装置および回路を含んでいてよい。
【００１５】
コンピュータ１２は、通信リンク４６を介して、表示装置４４に、通信により、連結されている。図２では、コンピュータ１２から分離しているように示されているが、表示装置４４は、一部の実施形態では、コンピュータ１２の一部分を形成していてもよい。加えて、一部の実施形態では、表示装置４４または追加の表示装置は、コンピュータ１２から離れて配置されていてもよい。例えば、表示装置４４は、整形外科処置が行なわれる手術室の天井または壁に連結されていてもよい。加えて、または、代替的に、表示装置４４は、ホログラフィー表示装置（holographic display）等のような仮想表示装置（virtual display）、ヘッドアップ表示装置（head-up display）等のような身体取付型表示装置（body mounted display）等、として実施することも可能である。また、コンピュータ１２は、このコンピュータ１２にデータ入力を提供するための、キーボード、および／または、マウスのような、多数の入力装置に連結されていてもよい。しかしながら、例示の実施形態では、表示装置４４は、整形外科医５０から入力を受け取ることのできるタッチスクリーン表示装置である。すなわち、外科医５０は、多数のスクリーン上の選択候補から選択を行なうなど、表示装置４４のスクリーンに単に触れることにより、コンピュータ１２に入力データを提供できる。
【００１６】
また、コンピュータ１２は、通信リンク４８を介して、カメラユニット１６（および／または１８）にも、通信により、連結されている。例示としては、通信リンク４８は、有線通信リンクであるが、一部の実施形態では、無線通信リンクとして、実施することも可能である。通信リンク４８が無線信号経路である場合の実施形態では、カメラユニット１６およびコンピュータ１２は、無線トランシーバであって、これらのコンピュータ１２およびカメラユニット１６がデータ（例えば、画像データ）を送受信できるような、無線トランシーバを含む。なお、移動カメラユニット１６のみが図２に示されているが、固定カメラユニット１８は、移動カメラユニット１６の代替として使用することが可能であり、または、移動カメラユニット１６に加えて使用されてもよいことが、当然に理解されるであろう。
【００１７】
ＣＡＯＳシステム１０はまた、患者５６の関連の骨、さらに／または、整形外科器具５８、に連結可能である、多数のセンサーまたはセンサーアレイ５４も含んでいてよい。例えば、図３に示されているように、脛骨アレイ６０は、センサーアレイ６２、および、骨クランプ６４を含んでいる。この例示の骨クランプ６４は、シャンツピン（Schantz pin）６８により患者５６の脛骨６６に連結されるように構成されているが、別の種類の骨クランプも使用することが可能である。センサーアレイ６２は、延長アーム７０を介して骨クランプ６４に連結されている。このセンサーアレイ６２は、フレーム７２、および、３個の反射要素、すなわちセンサー７４と、を含んでいる。これらの反射要素７４は、図示の実施形態では、球として実施されているが、別の実施形態においては、別の幾何学的な形状を有していてもよい。加えて、別の実施形態において、４個以上の反射要素を有するセンサーアレイも使用可能である。これらの反射要素７４は、予め定められている構成であって、コンピュータ１２が、その構成に基づいて脛骨アレイ６０の同一性を決定することを可能にする、構成で、配置されている。すなわち、脛骨アレイ６０が、図２に示されているようなカメラヘッド２４の視野５２の中に位置決めされる場合に、コンピュータ１２は、カメラヘッド２４から受信される画像に基づいて脛骨アレイ６０の同一性を決定するように、構成されている。加えて、反射要素７４の相対位置に基づいて、コンピュータ１２は、脛骨アレイ６０、したがって、このアレイ６０が連結されている脛骨６６の位置および配向を決定するように、構成されている。
【００１８】
センサーアレイは、別の外科器具にも、連結することが可能である。例えば、図４において示されているような、表示器具（registration tool）８０は、患者の骨の各点を表示するために用いられる。この表示器具８０は、この器具８０のハンドル８６に連結されている３個の反射要素８４を有するセンサーアレイ８２を含んでいる。この表示器具８０はまた、骨の各点を表示するために使用されるポインター端部８８、も含んでいる。また、反射要素８４は、コンピュータ１２が、表示器具８０およびその相対位置（すなわち、ポインター端部８８の位置）の同一性、を決定することを可能にする構成で、配置されている。加えて、センサーアレイは、図５に示されているような、脛骨切除ジグ（tibial resection jig）９０等のような、別の外科器具で使用することも可能である。このジグ９０は、切除される骨９４の位置でこの脛骨９４に連結される切除ガイド部分９２を含んでいる。このジグ９０は、フレーム９５を介してガイド部分９２に連結されているセンサーアレイ９６を含んでいる。このセンサーアレイ９６は、コンピュータ１２が、ジグ９０およびその相対位置（例えば、脛骨９４に対して）の同一性を決定することを可能にする構成で位置決めされる反射要素９８、を含んでいる。
【００１９】
ＣＡＯＳシステム１０は、例えば、全膝置換処置（total knee replacement procedure）を含む、任意の種類の整形外科処置を補助するために、整形外科医５０により使用することが可能である。このようにするために、コンピュータ１２、および／または、表示装置４４は、外科医５０の視野の中に、位置決めされる。前述のように、コンピュータ１２は、このような位置決めを容易にするために、可動カート３６に連結することが可能である。また、カメラユニット１６（および／またはカメラ・ユニット１８）は、図２に示すように、カメラヘッド２４の視野５２が、整形外科処置が行われる患者５６の部分に及ぶように、位置決めされる。
【００２０】
整形外科処置の実施の間に、ＣＡＯＳシステム１０のコンピュータ１２は、行なわれている成形外科処置を形成している個々の外科処置の工程の画像を表示するように、プログラムされているか、または、これ以外の様式で構成されている。この画像は、グラフィックにより表現されている画像であってもよく、または、グラフィックにより画質を高めた写真画像であってもよい。例えば、これらの画像は、患者の関連の解剖学的部分の、３次元で表現されている画像を含んでいてよい。外科医５０は、連続した順序で、さまざまな手術工程の画像を表示するように、コンピュータ１２と情報を交換してもよい。加えて、外科医は、前に表示された手術工程の画像を見ること、選択的に画像を見ること、提案されている手術工程または処置の解剖学的な結果（anatomical result）を表現するようにコンピュータ１２に指示すること、または、他の手術に関連する機能を実行すること、のために、コンピュータ１２と情報を交換することも可能である。例えば、外科医は、異なった骨切除処置の、結果として生じる骨の構造の表現された画像、を見ることも可能である。このようにして、ＣＡＯＳシステム１０は、整形外科処置を行なっている間に追随するための、外科的な「ウォークスルー（walk through）」を、外科医５０に与える。
【００２１】
一部の実施形態において、外科医５０は、システム１０のさまざまな装置を制御するために、コンピュータ１２と情報を交換することも可能である。例えば、外科医５０は、表示装置４４の、使用者の選択または設定、を制御するために、システム１０と情報を交換することができる。さらに、コンピュータ１２は、外科医５０に、応答を促すことも可能である。例えば、コンピュータ１２は、外科医が現在の手術工程を完了しているか、または、外科医が他の画像等を見たいか、を尋ねるために、外科医を促すことができる。
【００２２】
また、カメラユニット１６、および、コンピュータ１２は、整形外科処置の間に、外科医に、ナビゲーションデータを与えるように協働する。すなわち、コンピュータ１２は、通信リンク４８を介してカメラヘッド２４から受信されるデータ（例えば、画像）に基づいて、関連の骨および外科器具５８の位置を決定して表示する。このようにするために、コンピュータ１２は、各カメラ２６から受信される画像データを比較して、センサーアレイ５４，６２，８２，９６、の相対的な位置および配向に基づいて、骨および器具５８の位置および配向を決定する。外科医５０に表示される、これらのナビゲーションデータは絶えず更新される。このようにして、ＣＡＯＳシステム１０は、整形外科処置を行なっている間にモニターするように、外科医５０に、関連の骨および外科器具の位置の視覚的なフィードバックを与える。
【００２３】
次に、図６を参照すると、別の実施形態では、コンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システム１００は、コントローラ１０２、および、アンテナアレイ１０４、を含んでいる。このコントローラ１０２は、多数の通信リンク１０６を介してアンテナアレイ１０４に電気的に連結されている。通信リンク１０６は、コントローラ１０２とアンテナアレイ１０４との間の電気的な通信を容易にすることができる任意の種類の通信リンクとして実施することができる。例えば、これらの通信リンクは、多数の電線、ケーブル等として、実施することができる。
【００２４】
アンテナアレイ１０４は、多数の同一平面上のアンテナ１０８、および、多数の非同一平面上のアンテナ１１０（図１０に関して、以下にさらに詳細に論じられているような、同一平面上のアンテナ１０８に対して）を含んでいる。一例の実施形態において、これらのアンテナ１０８，１１０は、全方向性（omni-directional）ではない放射／受信のパタン（radiation/receiving pattern）を有する指向性アンテナである。例えば、これらのアンテナ１０８，１１０は単向性アンテナ（uni-directional antennas）であってよい。一つの特定の実施形態では、アンテナ１０８，１１０は螺旋形の指向性アンテナ（spiral directional antenna）である。それぞれのアンテナ１０８，１１０の指向性は、これらのアンテナ１０８，１１０のビーム幅により、定められ、このビーム幅は、これらのアンテナ１０８，１１０の照準器の周りに、定められる。このアンテナ１０８，１１０の照準器は、典型的に、このアンテナの物理的な軸に相当し、これらのアンテナ１０８，１１０の軸として画定されており、この軸に沿って、これらのアンテナ１０８，１１０の利得（gain）は最大になる。したがって、これらのアンテナ１０８，１１０は、このアンテナ１０８，１１０のビーム幅の中に配置されている供給源により発生される信号に対して、感度がよい。逆に、これらのアンテナ１０８，１１０のビーム幅の外側の供給源から、これらのアンテナ１０８，１１０に向かって入ってくる信号は、著しく減衰される。
【００２５】
コントローラ１０２は、プロセッサ１１２、および、記憶装置１１４を含んでいる。プロセッサ１１２は、例えば、離散処理回路（例えば、論理装置の集合）、１つあるいは複数の汎用集積回路、および／または、１つあるいは複数の特定用途向け集積回路（すなわち、ＡＳＩＣｓ）を含む、任意の種類のプロセッサとして、実施できる。記憶装置１１４は、任意の種類の記憶装置として実施可能であり、ランダムアクセスメモリ（すなわち、ＲＡＭ）、および／または、読取専用メモリ（すなわち、ＲＯＭ）等のような、１つ以上のメモリの種類を含んでいてよい。加えて、コントローラ１０２は、例えば、ハードドライブ、入力／出力回路等のような、本明細書において記載されている機能を実行するための、コンピュータに典型的に見られる別の装置および回路、を含んでいてよい。
【００２６】
コントローラ１０２は、通信リンク１１８を介して、表示装置１１６に、通信により、連結されている。図６では、コンピュータ１０２から分離しているように示されているが、表示装置１１６は、一部の実施形態では、コントローラ１０２の一部分を形成していてもよい。加えて、一部の実施形態において、表示装置１１６または追加の表示装置は、コントローラ１０２から離れて配置されていてもよい。例えば、表示装置１１６は、整形外科処置が行なわれる手術室の天井または壁に連結されていてもよい。加えて、または、代替的に、表示装置１１６は、ホログラフィックー表示装置等のような仮想表示装置、ヘッドアップ表示装置等のような身体取付型表示装置等、として実施することも可能である。また、コントローラ１０２は、このコントローラ１０２にデータ入力を提供するための、キーボード、および／または、マウスのような、多数の入力装置に連結されていてもよい。しかしながら、例示の実施形態では、表示装置１１６は、図２に関して前述された表示装置４４と同様に、整形外科医５０から入力を受け取ることのできるタッチスクリーン表示装置である。すなわち、外科医５０は、多数のスクリーン上の選択候補からの選択を行なうなど、表示装置１１６のスクリーンに単に触れることにより、コントローラ１０２に入力データを提供できる。
【００２７】
コンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システム１００はまた、多数の整形外科医療装置１２０も含んでいてよい。これらの整形外科医療装置１２０は、患者５６の関連の骨に、整形外科器具１２２に、かつ／または、整形外科インプラントに、連結させることが可能である。図７および図８に関して、以下により詳細に論じられるように、整形外科医療装置１２０は、アンテナアレイ１０４により受信される無線信号を送信する。一つの特定の実施形態では、この無線信号は、所定の周波数の、非変調無線信号である。２個以上の整形外科医療装置１２０が用いられている実施形態では、各整形外科医療装置１２０は、互いに対して、異なる周波数で、無線信号（例えば、非変調無線信号）を送信できる。あるいは、各整形外科医療装置１２０は、異なるパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で、無線信号を送信してもよい。すなわち、各整形外科医療装置１２０は、同一の搬送周波数であるが、異なる繰返し率（repetition rates）のパルスを有する無線信号を送信するように、構成できる。
【００２８】
次に、図７を参照すると、一実施形態では、１つまたは複数の整形外科医療装置１２０は、送信機回路１３０と、アンテナコイル１３２と、電力コイル１３４と、を含んでいる。送信機回路１３０は、多数の通信リンク１３６を介してアンテナコイル１３２に、また、多数の通信リンク１３８を介して電力コイル１３４に、通信により連結されている。これらの通信リンク１３６，１３８は、それぞれ、送信機回路１３０とアンテナコイル１３２と電力コイル１３４との間の通信を容易にすることのできる任意の種類の通信リンクとして実施できる。例えば、通信リンク１３６，１３８は、電線（wires）、ケーブル、プリント回路基板（ＰＣＢ）トレース（printed circuit board (PCB) traces）、光ファイバーケーブル等として、実施できる。送信機回路１３０は、所定の周波数で、無線信号を発生できる任意の種類の送信機回路として、実施することができるか、または、このような種類の送信機回路を含むことができる。例えば、送信機回路１３０は、単純なインダクタ−コンデンサ（ＬＣ）回路（inductor-capacitor circuit）、または、水晶発振回路、および、関連の回路として実施できる。
【００２９】
前述のように、送信機回路１３０は、所定の周波数、または所定のパルス繰返し周波数で無線信号を送信するように構成することができる。一部の実施形態では、送信機回路１３０により発生される無線信号は非変調無線信号である。すなわち、この無線信号は、所定の搬送周波数の中に組み込まれるか、または変調される、他の信号（例えば、データ信号）を含まない。この無線信号の所定の周波数は、アンテナアレイ１０４により受信可能な任意の周波数であってよい。一実施形態では、この送信機回路１３０は、超短波（ＶＨＦ）帯域、または極超短波（ＵＨＦ）帯域の中の無線信号を送信するように構成されている。図７の整形外科医療装置１２０は、所定の周波数で、センサーからのデータを変調するために、センサーまたは付加的な回路を必要としないので、この整形外科医療装置１２０の全体の寸法は、患者の骨、整形外科インプラント、または、整形外科器具の位置を決定するために用いられる典型的な整形外科医療装置に比べて、縮小させることが可能である。このような整形外科医療装置１２０の寸法の縮小は、例えば、患者５０の体内のより小さなアクセス用の切開を可能にすることにより、整形外科処置を改善できる。
【００３０】
送信機回路１３０は電力コイル１３４を介して電力を受け取る。この電力コイル１３４は、患者の外部の電源（図示せず）に、誘導結合するように構成されている。この電力コイル１３４は、多数の個別のコイルを含んでいてよい。例えば、この電力コイル１３４は、この電力コイル１３４が外部電源により発生された交流（ＡＣ）の磁場の中にあるように、患者の皮膚の近くにこの外部電源を配置することにより、この外部電源に誘導結合する単一のコイルを含んでいてよい。別の実施形態では、電力コイル１３４は、２個以上のコイルを含んでおり、これにより、その電力コイル１３４と外部電源との誘導結合を改善している。すなわち、電力コイル１３４と外部電源との誘導結合の量は、この電力コイル１３４と、この外部電源により発生される磁場との整合に依存しており、異なる配向で複数のコイルを有する電力コイルは、外部電力との不十分な誘導結合の可能性を減少させる。例えば、一実施形態では、電力コイル１３４は、互いに対して直交して配置されている、３個の分離しているコイルとして、実施されている。外部電源は、電力コイル１３４と誘導結合し、電流をその中に発生させることのできる、任意の種類の電源として、実施できる。一実施形態では、外部電源は、整形外科医療装置１２０の近傍の患者の皮膚に連結可能な２個のパッチを含んでいる。これらのパッチは、それぞれ、ヘルムホルツ様コイル（Helmholtz-like coil）を含み、このヘルムホルツコイルが、電力コイル１３４により受け取られる等方性の磁場、を発生するように、電力が供給される。
【００３１】
次に、図８を参照すると、別の実施形態において、整形外科医療装置１２０は、送信機回路１４０と、スイッチング回路１４２と、電力／アンテナコイル１４４と、を含んでいる。送信機回路１４０は、多数の通信リンク１４６を介してスイッチング回路１４２に、通信により連結されている。スイッチング回路１４２は、多数の通信リンク１４８を介して、電力／アンテナコイル１４４に、連結されている。図７に関して前述されている通信リンク１３６，１３８と同様に、通信リンク１４６，１４８は、送信機回路１４０と、スイッチング回路１４２と、電力コイル１３４との間の通信を容易にすることできる任意の種類の通信リンクとして、実施できる。例えば、通信リンク１４６，１４８は、電線、ケーブル、プリント回路基板（ＰＣＢ）トレース、光ファイバーケーブル等として、実施できる。送信機回路１４０は、図７に関して前述されている送信機１３０に、実質的に同様であり、したがって、電力／アンテナコイル１３２を介して、無線信号を送信できる、任意の種類の送信機回路として、実施することができるか、または、このような種類の送信機回路を含むことができる。例えば、送信機回路１４０は、単純なインダクタ−コンデンサ（ＬＣ）回路、または、水晶発振回路、および、関連の回路として実施できる。
【００３２】
送信機回路１３０と同様に、送信機回路１４０も、所定の周波数、または所定のパルス繰返し周波数で無線信号を送信するように構成することができる。一部の実施形態では、送信機回路１４０により発生される無線信号は非変調無線信号である。加えて、一実施形態では、送信機回路１３０は、超短波（ＶＦ）帯域または極超短波（ＵＨＦ）帯域の中の無線信号を送信するように構成されている。また、図８の整形外科医療装置１２０は、所定の周波数で、センサーからのデータを変調するために、センサーまたは付加的な回路を必要としないので、この整形外科医療装置１２０の全体の寸法は、患者の骨、整形外科インプラント、または整形外科器具、の位置を決定するために用いられる典型的な整形外科医療装置に比べて、縮小させることが可能である。
【００３３】
図８に示されている実施形態において、送信機回路１４０は、同じコイル、すなわち、電力／アンテナコイル１４４、を用いて、電力を受け取り、無線信号を送信する。このようにするために、スイッチング回路１４２は、電力がこれに供給される場合には、送信機回路１４０の１つあるいは複数の電力端末またはポートに、電力／アンテナコイル１４４を接続し、電力が供給されず、無線信号の送信が望まれる場合には、送信機回路１４０の１つあるいは複数の出力端末またはポートに、電力／アンテナコイル１４４を接続するように、操作可能である。例えば、スイッチング回路１４２は、送信機回路の出力端末から電力端末へ、電力／アンテナコイル１４４の接続を切り替えるために、外部電源により発生される磁場に応答するコイルまたは他の装置を含んでいてよい。したがって、外部電源が整形外科医療装置の近傍の患者の皮膚の近くに配置されている場合に、電力／アンテナコイル１４４は、スイッチング回路１４２を介して、外部電源に誘導結合され、送信機回路１４０の電力端末に接続される。外部電力の使用を伴わずに操作時間を延長するためには、外科医療装置１２０は、電力を送信機回路１４０に供給するためにその送信機回路１４０に接続されている、電池等のような内部電源（図示せず）を含んでいてもよい。
【００３４】
図７および図８に関して前述されている整形外科医療装置１２０の各実施形態は、外部電源により電力を受け取るが、一部の実施形態では、整形外科医療装置１２０は内部電源（図示せず）を含んでいる。この内部電源は、送信機回路１３０，１４０に電力を供給するために、この送信機回路１３０，１４０に、電気的に連結されている、例えば、電池等として実施できる。このような実施形態では、別の電力コイル（例えば、電力コイル１３４）は必要とされない。
【００３５】
整形外科医療装置１２０が患者の骨に連結される実施形態では、その整形外科医療装置１２０は、図９において示されているように、骨の中に植え込まれるように構成されているハウジング１５０を含んでいてよい。この医療装置１２０に結合されている回路（すなわち、送信機コイル１３０，４０、アンテナ、および／または、電力コイル１３２，１３４，１４４等）は、ハウジング１５０の内側のキャビティ（図示せず）の中に配置されている。このハウジング１５０は、本体１５２と、本体１５２に連結されるように構成されているキャップ１５４と、本体１５２の周りに画定されている多数のねじ山１５６と、を含んでいる。これらのねじ山１５６を用いることにより、ハウジング１５０は、適当な整形外科ドリル等を用いて骨の中にパイロット穴を最初にあけて、その後、ハウジング１５０を、外科ドリルにより形成された穴の中にねじ入れることにより、患者の骨に取り付けることが可能である。しかしながら、ハウジング１５０は、患者の骨に連結されることのできるハウジングの、一つの例示的な実施形態に過ぎず、他の実施形態では、さまざまな構成を有する他のハウジングが使用可能であることが、当然に理解されるであろう。例えば、一部の実施形態では、圧入式ハウジング（press-fit housing）も使用することが可能である。この圧入式ハウジングは、典型的に、ねじ山が全くなく、骨にドリルであけられるかまたは形成されている、穴またはキャビティの中に圧入されるように構成されている。加えて、他の種類のハウジングも、整形外科医療装置１２０が整形外科インプラントまたは整形外科器具に連結される実施形態で、使用することが可能である。
【００３６】
次に、図１０を参照すると、アンテナアレイ１０４は、整形外科手術室１６０の中に組み込むことが可能である。このアンテナアレイ１０４のアンテナ１０８は、基準面を画定するように、互いに同一平面上に、手術室１６０の１つ以上の壁に、連結されている。図１１に示されているように、アンテナ１０８は、各アンテナ１０８の照準器１６８が、整形外科処置が行なわれる手術室１６０の、共通の容積の空間１７０の方に向けられるように、壁１６２，１６４，１６６に連結されている。整形外科処置の実施中に、患者５６または患者５６の関連の部分は、共通の容積１７０の中に配置されている。例えば、アンテナ１０８は、各アンテナ１０８の照準器１６８が、手術室１６０の中に配置されている整形外科手術台１７２の方に向けられるように、壁１６２，１６４，１６６に連結することが可能である。
【００３７】
図１１に示されているように、壁１６２，１６４，１６６は、アンテナ１０８が位置決めされる凹部１７４、を含んでいてよい。関連の壁１６２，１６４，１６６の中心の領域から離れて配置されているアンテナ１０８は、各アンテナ１０８の照準器１６８が共通の容積１７０および／または手術台１７２の方に向けられるように、関連の壁１６２，１６４，１６６の中心の領域の方に配置されているアンテナ１０８よりも、大きな角度で角度付けられている。一部の実施形態では、無線周波透過性のウインドウまたはパネル１７４は、アンテナ１０８が、図１０に示されているように、視野から隠されるように、これらのアンテナ１０８の前で、壁１６２，１６４，１６６に、連結されている。アンテナ１０８が指向性アンテナである実施形態では、これらのアンテナ１０８は、共通の容積１７０の中に配置されている供給源から送信された無線信号に対してはより感度が高く、共通の容積１７０の外側に配置されている供給源から送信された無線信号に対してはより感度が低い。
【００３８】
図１０に戻って参照すると、アンテナアレイ１０４のアンテナ１１０は、多数の支持アーム１８２を介して、手術室１６０の天井に固定されている支持構造体１８０に連結されている。アンテナ１１０は、これらのアンテナ１１０がアンテナ１０８に対して非同一平面上であるように、位置決めされている。これらのアンテナ１１０は、各アンテナ１１０が共通の容積の空間１７０の方に向けられるように、支持構造体１８０に連結されている。例えば、これらのアンテナ１１０は、各アンテナ１１０の照準器が共通の容積の空間１７０に向けられるように、支持構造体１８０に連結されているか、それ以外の様式で位置決めされていてよい。このようにするために、アンテナ１１０は支持構造体１８０の内側の面１８４に連結させてもよい。この支持構造体１８０の内側の面１８４は実質的に内側に曲がっているので、各アンテナ１１０は、共通の容積の空間１７０および／または手術台１７２の方に向けられるように、位置決めすることが可能である。一実施形態では、支持構造体１８０は、内側の面１８４の中に画定されている多数の凹部、を含んでいる。このような実施形態では、アンテナ１１０はその中に位置決めされていてよく、無線周波透過性のウインドウまたはパネル１８６が、これらのアンテナ１１０の前で、支持構造体１８０に、固定されていてよい。
【００３９】
支持構造体１８０は、共通の容積の空間１７０と手術台１７２に、アンテナ１１０を向けることを容易にする任意の構成、であってよい。例えば、この支持構造体１８０の内側の面１８４は、この支持構造体の内側の面１８４に連結されている各アンテナが、共通の容積の空間１７０および／または手術台１７２の方に、下方に向けられるように、下向きの方向に外側に延在するように、構成されていてよい。図１２に示されている一つの例示的な実施形態では、支持構造体１８０は、内側の面１８４が、下向きの方向に外側に延在するように、実質的に平行四辺形の断面を有している。したがって、支持構造体１８０の内側の面１８４に連結されているアンテナ１１０は、それぞれ、共通の容積の空間１７０に向かって、角度付けられている。代替的に、図１３に示されている別の例示的な実施形態では、支持構造体１８０は、内側の面１８４が、下向きの方向に外側に延在するように、実質的に台形の断面を有している。さらに、図１３の支持構造体１８０の内側の面１８４に連結されているアンテナ１１０は、それぞれ、共通の容積の空間１７０に向かって、角度付けられている。
【００４０】
アンテナアレイ１０４は、多くのアンテナ１０８，１１０を有するものとして、図１０〜図１３において示されているが、このアンテナアレイ１０４は、別の実施形態では、より多くの、または、より少ない、アンテナ１０８，１１０、を有していてよいことが、当然に、理解されるであろう。例えば、一実施形態では、アンテナアレイ１０４は、基準面を画定するように、互いに対して、同一平面上に位置決めされている３個のアンテナ１０８のみを含んでいてよい。加えて、アンテナアレイ１０４は、アンテナ１０８に対して、非同一平面上に位置決めされている１つのアンテナ１１０のみを含んでいてもよい。しかしながら、より多数のアンテナ１０８，１１０を含むことにより、所与の量の冗長性が与えられることが、当然に、理解されるであろう。したがって、１つ以上のアンテナ１０８，１１０が、例えば、外科医５０または手術室の設備のような、介在する物体により、整形外科医療装置１２０からの無線信号を受信することに対して、不明瞭になった場合、コントローラ１０２は、依然として、他の不明瞭にされていないアンテナ１０８，１１０から、出力信号を受け取ることが可能である。コントローラ１０２は、依然として、これにより、図１４に関して、以下により詳細に論じられているように、整形外科医療装置１２０の位置を決定できる。加えて、アンテナ１０８，１１０は、整形外科手術室の、壁１６２，１６４，１６６と天井に、連結されているものとして、図１０〜図１３において示されているが、別の実施形態では、これらのアンテナ１０８，１１０は、例えば、図１に示され、この図１に関して前述された、スタンド２０と同様の可動の支持構造体に連結されていてもよい。このような実施形態では、アンテナ１０８，１１０は、無線信号の障害物を避けるように、手術室の周りを移動することができる。加えて、これらのアンテナ１０８，１１０は、異なる手術室の間で移動させて、それらの手術室の中で使用することが可能である。しかしながら、このような実施形態では、各アンテナ１０８が、互いに対して、同一平面上にあるように、かつ、アンテナ１１０が、アンテナ１０８に対して、非同一平面上に位置決めされるように、アンテナ１０８が位置決めされることを、当然に、留意されたい。
【００４１】
使用に際して、外科医は、１つあるいは複数の整形外科医療装置１２０の位置を追跡し、これにより、患者の関連の１つあるいは複数の骨、整形外科インプラント、および／または、この整形外科医療装置１２０に連結されている整形外科器具１２２、の位置、を追跡するために、コンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システム１００を用いることが可能である。このようにするために、コンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システム１００および／またはコントローラ１０２は、整形外科医療装置１２０、および、これに連結されている任意の関連の構造体の位置を決定するためのアルゴリズム２００を実行することができる。このアルゴリズム２００、または、このアルゴリズムの一部は、例えば、記憶装置１１４の中に記憶されているソフトウェア／ファームウェアコードとして、実施できる。このアルゴリズム２００は、処理工程２０２と共に開始され、この工程で、１つまたは複数の整形外科医療装置１２０により送信された１つまたは複数の無線信号は、アンテナ１０８，１１０により受信される。前述されたように、多数のアンテナ１０８，１１０が、所与の量の冗長性を与え、かつ、１つまたは複数の整形外科医療装置１２０の位置の計算を向上するために、一部の実施形態で使用することが可能である。その後、処理工程２０４で、コントローラ１０２は、通信リンク１０６を介して、各アンテナ１０８，１１０の出力信号を受信する。
【００４２】
次に、処理工程２０６で、コントローラ１０２は、アンテナ１０８，１１０から受信される出力信号に基づいて、整形外科医療装置１２０の位置を示すデータを決定する。各アンテナ１０８，１１０は、整形外科医療装置１２０に対して、異なる位置に位置決めされているので、各アンテナ１０８，１１０から受信される出力信号は、変化する量に対して異なっている。したがって、整形外科医療装置１２０の位置は、アンテナ１０８，１１０から受信される出力信号の一部分または全部を比較することにより、決定することができる。このようにするために、コントローラ１０２は無線周波方向検出アルゴリズムを実行することができる。すなわち、コントローラ１０２は、出力信号に基づいて、整形外科医療装置１２０の位置を示すデータを決定できる任意の無線周波方向検出アルゴリズム、を使用することができる。例えば、コントローラ１０２は、さまざまな出力信号の振幅、出力信号の位相、出力信号のドップラー周波数偏移、出力信号の到達の時間差を比較するか、これら以外の様式で分析することにより、かつ／または、整形外科医療装置１２０の位置を決定するために使用可能な、任意の他の無線周波方向検出方法（radio frequency finding methodology）により、整形外科医療装置１２０の位置を決定することができる。
【００４３】
処理工程２０６で、一度整形外科医療装置１２０の位置が決定されると、この整形外科医療装置１２０が連結されている構造体（例えば、１つまたは複数の患者の骨、整形外科インプラント、整形外科器具等）の位置が、処理工程２０８で、決定される。例えば、整形外科医療装置１２０が患者の骨に連結されている実施形態では、その患者の骨の位置を示すデータは、整形外科医療装置１２０の位置に基づいて、処理工程２０８で、決定される。このようにするために、コントローラ１０２は任意の表示方法を使用することが可能である。例えば、一部の実施形態では、表示器具８０と同様の表示器具が、患者の骨、整形外科インプラント、および／または、外科器具をコントローラ１０２に示すために用いられている。別の実施形態では、１つまたは複数の植え込まれた整形外科医療装置１２０のしるしを有する、患者の関連の骨、整形外科インプラント、および／または、整形外科器具、の術前の画像、が用いられている。これらの術前の画像および整形外科医療装置１２０の決定された位置に基づいて、コントローラ１０２は患者の関連の骨の位置を決定できる。その後、処理工程２１０で、コントローラ１０２は、表示装置１１６において、その患者の関連の１つまたは複数の骨の位置のしるしを表示する。例えば、コントローラ１０２は、処理工程２０８で決定されるような位置での患者の骨の表現された画像を、表示装置１１６に表示できる。術前の画像が、例えば、Ｘ線、等のような、二次元画像である実施形態では、コントローラ１０２は、この患者の骨の二次元画像を三次元画像に変換し、この三次元画像を外科医５０に対して、その骨の決定された位置に基づいて、表示装置１１６に表示するための、適当な二次元−三次元モーフィングアルゴリズム（two dimensional-to-three dimensional morphing algorithm）、を実行できる。
【００４４】
次に、図１５を参照すると、別の実施形態では、患者の運動学上の動作をモニターするためのシステム３００は、患者の運動器具３０２と、この患者の運動器具３０２に連結されているアンテナアレイ３０４と、コントローラ３１４と、表示装置３１６と、を含んでいる。患者の運動器具３０２は、患者が運動でき、かつ、整形外科医またはヘルスケア提供者（healthcare provider）が患者の運動学上の動作を観察できる、任意の種類の運動器具として実施できる。例えば、患者の運動器具３０２は、トレッドミル、ステアステッパー器具、エクササイズバイク、楕円形トレーナー、ローイングマシン、スキーマシン等として、実施できる。
【００４５】
アンテナアレイ３０４は、患者の運動器具３０２に連結されている、第１のアンテナ３０６と、第２のアンテナ３０８と、第３アンテナ３１０とを、それぞれのアンテナ３０６、３０８、３１０が互いに同一平面上にあるように、含んでいる。このアンテナアレイ３０４はまた、患者の運動器具３０２に連結されている第４のアンテナ３１２も、この第４のアンテナ３１２がアンテナ３０６，３０８，３１０に対して非同一平面上にあるように、含んでいる。一実施形態では、アンテナ３０６，３０８，３１０，３１２は、例えば、螺旋形の指向性アンテナのような、指向性アンテナである。これらのアンテナ３０６，３０８，３１０，３１２は、これらの各アンテナ３０６，３０８，３１０，３１２が、患者の運動器具３０２の方に、より具体的には、患者が患者の運動器具３０２で運動している時に、その患者の関連の部分により占められる容積の空間の方に向けられるように、位置決めされている。例えば、アンテナ３０６，３０８，３１０は、これらのアンテナ３０６，３０８，３１０の照準器が基準面を画定するように位置決めされていてよい。アンテナ３１２は、このアンテナ３１２の照準器がアンテナ３０６，３０８，３１０により画定される基準面に交差するように、その基準面から外れて位置決めされているが、その基準面の方に向けられてもよい。
【００４６】
図１７に示されているように、一実施形態では、患者の運動器具３０２は、トレッドミル４００として実施されている。前述のように、同一平面上のアンテナ３０６，３０８，３１０，３１２はトレッドミル４００に連結されている。このようにするために、アンテナ３０６，３０８，３１０，３１２は、トレッドミル４００のフレーム４０２に連結されているハウジング４０４，４０６，４０８，４１０の中に、それぞれ、位置決めされている。すなわち、第１ハウジング４０４、および、これにより、同一平面上のアンテナ３０６とは、第１の縦方向の側面（longitudinal side）４１２で、トレッドミル４００のフレーム４０２に連結されている。第２ハウジング４０６と、したがって、同一平面上のアンテナ３０８とは、トレッドミル４００の第２の縦方向の側面４１４で、フレーム４０２に連結されている。第３のハウジング、および、これにより、同一平面上のアンテナ３０８は、トレッドミル４００の前面４１６で、フレーム４０２に連結されている。これらのハウジング４０４，４０６，４０８は、アンテナ３０６，３０８，３１０が、互いに、同一平面上に位置決めされるように、フレーム４０２に連結されている。加えて、これらのアンテナは、各アンテナ３０６，３０８，３１０の照準器が患者の運動器具３０２の方に、内側に向けられるように、位置決めされている。すなわち、アンテナ３０６は、このアンテナ３０６の照準器がトレッドミルの反対側の縦方向の側面４１４の方に向けられるように、位置決めされている。同様に、アンテナ３０８は、このアンテナ３０８の照準器が反対側の縦方向の側面４１２の方に向けられるように、位置決めされている。アンテナ３１０は、このアンテナ３１０の照準器がトレッドミル４００の後面４１８の方に向けられるように、位置決めされている。したがって、これらのアンテナ３０２，３０８，３１０のビーム幅は、患者がトレッドミル４００で運動している時に、その患者の関連の１つまたは複数の部分が位置決めされる、共通の容積の空間を画定する。例えば、患者の関連の部分が膝の領域であれば、アンテナ３０２，３０８，３１０は、その患者の関連の膝とその周囲の領域とが、アンテナ３０２，３０８，３１０のビーム幅により画定される、共通の容積の空間、の中に位置決めされるように、位置決めされる。患者の対象のさまざまな領域を容易にするために、一部の実施形態では、ハウジング４０４，４０６，４０８は、これらのハウジング４０４，４０６，４０８が異なる位置に移動することが可能であり、これにより、患者の関連の部分が共通の容積の空間の中に位置決めされるように、その共通の容積の空間を移動させることができるように、フレーム４０２に、移動可能に連結されている。例えば、ハウジング４０４，４０６，４０８は、これらのハウジング４０４，４０６，４０８が、行なわれている特定の整形外科処置および患者の形状に基づいて、必要に応じて、上方または下方に垂直に移動させることができるように、フレーム４０２に移動可能に連結されていてもよい。
【００４７】
さらに、ハウジング４１０は、アンテナ３１２が、アンテナ３０６，３０８，３１０に対して、非同一平面上に位置決めされているが、これらのアンテナ３０６，３０８，３１０により画定された基準面の方に向けられるように、フレーム４０２に連結されている。すなわち、アンテナ３１２は、このアンテナ３１２のビーム幅が、アンテナ３０６，３０８，３１０のビーム幅により画定される共通の容積の空間の方に向けられるように、フレーム４０２に連結されている。ハウジング４０４，４０６，４０８と同様に、ハウジング４１０は、このハウジング４１０が異なる位置に移動することが可能であり、これにより、患者の関連の部分が共通の容積の空間の中に位置決めされるように、その共通の容積の空間を移動させることができるように、フレーム４０２に移動可能に連結することも可能である。
【００４８】
図１８に示されているような、別の実施形態では、患者の運動器具３０２は、ステアステッパー５００として実施されている。同一平面上のアンテナ３０６，３０８，３１０，３１２は、それぞれ、ハウジング５０４，５０６，５０８，５１０の中に位置決めされており、これらのハウジング５０４，５０６，５０８，５１０は、トレッドミル４００に関して前述されたような、同様の様式で、ステアステッパー５００のフレーム５０２に連結されている。すなわち、第１ハウジング５０４、および、これにより、同一平面上のアンテナ３０６は、第１の縦方向の側面５１２で、ステアステッパー５００のフレーム５０２に連結されている。第２ハウジング５０６、および、これにより、同一平面上のアンテナ３０８は、ステアステッパー５００の第２の縦方向の側面５１４で、フレーム５０２に連結されている。第３のハウジング３１０、および、これにより、同一平面上のアンテナ３０８は、ステアステッパー５００の前面５１６で、フレーム５０２に連結されている。さらに、これらのハウジング５０４，５０６，５０８は、アンテナ３０６，３０８，３１０が、互いに、同一平面上に位置決めされており、各アンテナ３０６，３０８，３１０の照準器が、トレッドミル４００に関して前述されたように、患者の運動器具３０２の方に、内側に向けられるように、フレーム５０２に連結されている。すなわち、アンテナ３０６は、このアンテナ３０６の照準器がステアステッパー５００の反対側の縦方向の側面５１４の方に向けられるように、位置決めされている。アンテナ３０８は、このアンテナ３０８の照準器が反対側の縦方向の側面５１２の方に向けられるように、位置決めされており、アンテナ３１０は、このアンテナ３１０の照準器がステアステッパー５００の後面５１８の方に向けられるように、位置決めされている。したがって、アンテナ３０２，３０８，３１０のビーム幅は、患者がステアステッパー５００で運動する時に、患者の関連の１つまたは複数の部分が位置決めされる、共通の容積の空間を画定する。図１７に関して前述されたトレッドミル４００と同様に、ハウジング５０４，５０６，５０８は、これらのハウジング４０４，４０６，４０８が異なる位置に移動することが可能であり、これにより、患者の関連の部分が共通の容積の空間の中に位置決めされるように、この共通の容積の空間を移動させることができるように、フレーム５０２に移動可能に連結することも可能である。
【００４９】
加えて、ハウジング５１０は、アンテナ３１２が、アンテナ３０６，３０８，３１０に対して、非同一平面上に位置決めされているが、これらのアンテナ３０６，３０８，３１０により画定された基準面の方に向けられるように、フレーム５０２に連結されている。すなわち、アンテナ３１２は、このアンテナ３１２のビーム幅が、アンテナ３０６，３０８，３１０のビーム幅により画定された共通の容積の空間の方に向けられるように、フレーム５０２に連結されている。ハウジング５０４，５０６，５０８と同様に、ハウジング５１０は、このハウジング５１０が異なる位置に移動することが可能であり、これにより、患者の関連の部分が共通の容積の空間の中に位置決めされるように、この共通の容積の空間を移動させることができるように、フレーム５０２に移動可能に連結することも可能である。
【００５０】
図１５に戻って参照すると、コントローラ３１４は、プロセッサ３１８と、記憶装置３２０と、を含んでいる。プロセッサ３１４は、例えば、離散処理回路（例えば、論理装置の集合）、１つまたは複数の汎用集積回路、および／または、特定用途向け集積回路（すなわち、ＡＳＩＣｓ）、を含む、任意の種類のプロセッサとして実施できる。記憶装置３２０は、任意の種類の記憶装置として、実施可能であり、ランダムアクセスメモリ（すなわち、ＲＡＭ）、および／または、読取専用メモリ（すなわち、ＲＯＭ）、等のような、１つ以上のメモリの種類を含んでいてよい。加えて、コントローラ３１４は、例えば、ハードドライブ、入力／出力回路等のような、本明細書に記載されている機能を実行するための、コンピュータに典型的に見られる別の装置および回路を含んでいてよい。
【００５１】
コントローラ３１４は、多数の通信リンク３２２を介して、アンテナアレイ３０４に、通信により連結されている。これらの通信リンク３２２は、コントローラ３１４とアンテナアレイ３０４との間の電気的な通信を容易にすることのできる、任意の種類の通信リンクとして、実施できる。例えば、これらの通信リンクは、多数の、電線、ケーブル等として、実施できる。また、コントローラ３１４は、通信リンク３２４を介して、表示装置３１６にも、通信により連結されている。図１５では、コントローラ３１４から分離しているように示されているが、表示装置３１６は、一部の実施形態では、コントローラ３１４の一部分を形成していてもよい。加えて、一部の実施形態では、表示装置３１６または付加的な表示装置は、コントローラ３１４から離れて配置されていてもよい。加えて、または、代替的に、表示装置３１６は、ホログラフィー表示装置等のような仮想表示装置、ヘッドアップ表示装置等のような身体取付型表示装置等、として実施することも可能である。また、コントローラ３１４は、このコントローラ３１４にデータ入力を提供するための、キーボード、および／または、マウスのような、多数の入力装置に連結されていてもよい。しかしながら、例示の実施形態では、表示装置３１６は、図２に関して前述された表示装置４４と同様に、整形外科医５０から入力を受け取ることのできるタッチスクリーン表示装置である。すなわち、外科医５０は、多数のスクリーン上の選択候補からの選択を行なうなど、表示装置３１６のスクリーンに単に触れることにより、コントローラ３１４に入力データを提供できる。
【００５２】
使用に際して、外科医は、１つあるいは複数の整形外科医療装置１２０の位置、ならびに、これにより、患者の関連の１つあるいは複数の骨および／または整形外科インプラントの位置、を追跡するために、システム３００を使用することができる。このようにするために、システム３００および／またはコントローラ３１４は、患者の関連の骨の動きにより定められるような患者の運動学上の動作をモニターするためのアルゴリズム３５０を実行することができる。このアルゴリズム３５０、またはこのアルゴリズムの一部は、例えば、記憶装置３２０の中に記憶されているソフトウェア／ファームウェアコードとして、実施できる。このアルゴリズム３５０は、処理工程３５２と共に開始され、この工程で、１つまたは複数の整形外科医療装置１２０により送信された１つまたは複数の無線信号は、患者が患者の運動器具３０２で運動している間に、アンテナ３０６、３０８，３１０，３１２により受信される。図７および図８に関して前述されたように、１つまたは複数の整形外科医療装置１２０は、外部一次コイル（external primary coil）のような外部経皮電源（external percutaneous power source）によるか、電池等のような内部電源により、電力を供給されてよい。
【００５３】
１つまたは複数の整形外科医療装置１２０により送信される１つまたは複数の無線信号が、アンテナ３０６，３０８，３１０，３１２により受信された後に、コントローラ３１４は、処理工程３５４で、通信リンク３２２を介して、各アンテナ３０６，３０８，３１０，３１２の出力信号を受信する。次に、処理工程３５６で、コントローラ３１４は、アンテナ３０６，３０８，３１０，３１２から受信された出力信号に基づいて、１つまたは複数の整形外科医療装置１２０の位置を示すデータを決定する。各アンテナ１０８，１１０は整形外科医療装置１２０に対して異なる位置に位置決めされているので、各アンテナ３０６，３０８，３１０，３１２から受信された出力信号は、変化する量に対して異なっている。したがって、整形外科医療装置１２０の位置は、アンテナ３０６，３０８，３１０，３１２から受信される出力信号を比較することにより、決定することができる。このようにするために、図６に関して前述されたコントローラ１０２と同様に、コントローラ３１４は無線周波方向検出アルゴリズムを実行することができる。すなわち、コントローラ３１４は、出力信号に基づいて、整形外科医療装置１２０の位置を示すデータを決定できる任意の無線周波方向検出アルゴリズム、を使用することができる。例えば、コントローラ３１４は、さまざまな出力信号の振幅、出力信号の位相、出力信号のドップラー周波数偏移、出力信号の到達の時間差、を比較するか、これら以外の様式で分析することにより、かつ／または、整形外科医療装置１２０の位置を決定するために使用可能な、任意の他の無線周波方向検出方法により、整形外科医療装置１２０の位置を決定することができる。
【００５４】
処理工程３５６で、整形外科医療装置１２０の位置が決定されると、この１つまたは複数の整形外科医療装置１２０が連結されている患者の１つまたは複数の骨の位置が、処理工程３５８で、決定される。このようにするために、コントローラ３１４は、例えば、植え込まれた整形外科医療装置１２０のしるしを有している患者の関連の骨の、術前の画像および／または術後の画像、を使用できる。これらの術前の画像および整形外科医療装置１２０の決定された位置に基づいて、コントローラ３１４は患者の関連の骨の位置を決定できる。その後、処理工程３６０で、コントローラ３１４は、表示装置３１６の上に、患者の関連の１つまたは複数の骨の位置のしるしを表示する。例えば、コントローラ３１４は、処理工程３５８で決定されるような位置に、表示装置３１６の上に、患者の骨の表現される画像を表示できる。代替的に、基本的な運動学上の動作が望まれる実施形態では、コントローラ３１４は、患者の１つまたは複数の骨の関連の位置を示す線分（line segments）を表示するように、構成されていてよい。加えて、一部の実施形態では、コントローラ３１４は、患者の運動学上の動作の範囲が表示装置３１６を介して見ることができるように、後でデータを検索して、連続的なアニメーションで見ることができるように、記憶装置（図示せず）またはメモリ装置３２０の中に位置データを記憶するように、構成することも可能である。
【００５５】
なお、システム３００が、術前および／または術後の患者の運動学上の動作をモニターするように使用することが可能であることは、当然に、理解されるであろう。例えば、整形外科処置の前に、１つ以上の整形外科医療装置１２０を、患者の関連の骨の中に、植え込むことが可能である。その後、患者の術前の運動学上の動作が、システム３００およびアルゴリズム３５０を用いて、決定できる。このようにして、その患者の骨の連続的な位置データを記憶させることが可能になる。その後、整形外科処置を行うことが可能になり、患者の術後の運動学上の動作を、システム３００を用いて決定することが可能になる。術前の運動学上のデータを記憶することが可能であるので、外科医またはヘルスケア提供者は、患者の運動学上の動作を比較して見ることができ、これにより、整形外科処置の成果または質を決定すると共に、患者が遭遇する可能性のあるあらゆる起こりうる整形外科の問題を確認することができる。同様の様式で、患者の運動学上の動作は、整形外科インプラントの「磨耗（wear）」が決定され、その後の整形外科処置において可能な限り修正できるように、一定時間の期間にわたり、術後に決定されることも可能である。
【００５６】
例示のシステム１００，３００およびアルゴリズム２００，３５０は、単一の整形外科医療装置１２０を全般的に用いるものとして、前述されているが、任意の数の整形外科医療装置１２０も使用することが可能であることが、当然に、理解されるであろう。例えば、２個以上の整形外科医療装置１２０を、患者の関連の骨、整形外科インプラント、または外科器具、に連結させることも可能である。これらの患者の骨、整形外科インプラント、および／または、外科器具の位置および配向は、複数の整形外科医療装置１２０から送信される無線信号に基づいて、決定することが可能である。さらに、３個の整形外科医療装置１２０を、関連の患者の骨、整形外科インプラント、または、外科器具に連結させることも可能である。このようにすれば、これらの患者の骨、整形外科インプラント、または、外科器具の６種類の自由度を、３個の整形外科医療装置１２０から送信される無線信号に基づいて、決定することが可能になる。しかしながら、関連の患者の骨、整形外科インプラント、および／または、外科器具の６種類の自由度は、より多くの、あるいは、より少ない整形外科医療装置１２０を用いて決定することが可能であることも、当然に、理解されるであろう。
【００５７】
本開示は、図面および前述の説明に、詳細に図示および説明されているが、このような図示および説明は、例として見なされるべきであり、特徴を制限せず、例示的な実施形態のみが図示および説明されており、本開示の趣旨に該当する全ての変形および変更が保護されるように望まれていることを、理解されたい。
【００５８】
本明細書に記載されているシステムおよび方法のさまざまな特徴により生じる、本開示の複数の利点が存在する。本開示のシステムおよび方法の代替の実施形態は、記載されている特徴の全てを含まない可能性があるが、これらの特徴の利点の少なくとも一部から、依然として恩恵を受けることが可能であることを、留意されたい。当業者は、本発明の特徴の一つ以上を組み込み、添付の特許請求の範囲により定められるような本開示の趣旨および範囲に該当するシステムおよび方法の、彼ら独自の実施例を容易に考案することが可能である。
【００５９】
〔実施の態様〕
（１）患者の運動学上の動作をモニターするためのシステムにおいて、
患者の運動器具と、
第１の無線送信機であって、
（ｉ）前記患者の体内に植え込まれるように構成され、かつ、
（ｉｉ）前記患者が前記患者の運動器具を操作している時に、第１の無線信号を送信するように構成されている、
第１の無線送信機と、
複数の第１のアンテナであって、前記患者の運動器具に、互いに実質的に同一平面上に連結されている、複数の第１のアンテナと、
第２のアンテナであって、前記患者の運動器具に、前記複数の第１のアンテナに対して非同一平面上に連結されている、第２のアンテナと、
コントローラであって、
前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナに電気的に連結されており、
前記第１の無線信号に応答して、前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナから受信される出力信号に基づいて、前記第１の無線送信機の位置を決定するように構成されている、
コントローラと、
を含む、システム。
（２）実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記患者の運動器具は、トレッドミル、ステアステッパー器具、エクササイズバイク、楕円形トレーナー、ローイングマシン、または、スキーマシン、からなる群から選択される運動器具である、システム。
（３）実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記第１の無線信号は、非変調無線信号（non-modulated wireless signal）である、システム。
（４）実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記複数の第１のアンテナ、および、前記第２のアンテナは、指向性アンテナ（directional antenna）である、システム。
（５）実施態様４に記載のシステムにおいて、
前記複数の第１のアンテナ、および、前記第２のアンテナは、螺旋形の指向性アンテナ（spiral directional antennas）である、システム。
【００６０】
（６）実施態様４に記載のシステムにおいて、
前記複数の第１のアンテナ、および、前記第２のアンテナは、前記患者が前記患者の運動器具を使用している時に、各アンテナの照準器（boresight）がその患者の関連の部分により占められる共通の容積の空間（common volume of space）の方に向けられるように、位置決めされている、システム。
（７）実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記複数の第１のアンテナは、
（ｉ）第１の指向性アンテナであって、この第１の指向性アンテナの照準器が前記患者の運動器具の方に向けられるように、前記患者の運動器具の第１の縦方向の側面に向かって連結されている、第１の指向性アンテナと、
（ｉｉ）第２の指向性アンテナであって、この第２の指向性アンテナの照準器が前記患者の運動器具の方に向けられるように、前記患者の運動器具の第２の縦方向の側面に向かって連結されている、第２の指向性アンテナと、
（ｉｉｉ）第３の指向性アンテナであって、この第３の指向性の連結されたアンテナの照準器が前記患者の運動器具の方に向けられるように、前記患者の運動器具の正面に向かって連結されている、第３の指向性アンテナと、
を含む、システム。
（８）実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナから受信される出力信号を比較することにより、前記第１の無線送信機の位置を決定するように、構成されている、システム。
（９）実施態様８に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、無線周波方向探知アルゴリズム（radio frequency direction finding algorithm）を用いて、前記出力信号に基づいて、前記第１の無線送信機の位置を決定するように、構成されている、システム。
（１０）実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記コントローラに電気的に連結されている表示装置、
をさらに含み、
このコントローラは、その表示装置に前記第１の無線送信機の位置のしるし（indicia）を表示するように、構成されている、
システム。
【００６１】
（１１）実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記第１の無線送信機は、整形外科インプラントに連結されている、システム。
（１２）実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記第１の無線送信機は、前記患者の第１の骨の中に植え込まれるように、構成されている、システム。
（１３）実施態様１２に記載のシステムにおいて、
前記システムは、
表示装置、
をさらに含み、
前記コントローラは、
（ｉ）前記第１の無線送信機の決定された位置に基づいて、前記患者の前記第１の骨の位置を示す第１の位置データを決定するように、構成され、かつ、
（ｉｉ）前記第１の位置データに基づいて、前記表示装置に、前記患者の前記第１の骨の位置のしるしを表示するように、構成されている、
システム。
（１４）実施態様１３に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、記憶装置の中に前記位置データを記憶するように、構成されている、システム。
（１５）実施態様１３に記載のシステムにおいて、
第２の無線送信機であって、前記第１の無線信号の周波数とは異なる周波数で、非変調の第２の無線信号を送信するように、構成されている、第２の無線送信機、
をさらに含む、システム。
【００６２】
（１６）実施態様１５に記載のシステムにおいて、
前記第２の無線送信機は、前記患者の第２の骨に連結されるように、構成されており、
前記コントローラは、
（ｉ）前記第２の無線信号に応答して、前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナから受信される出力信号に基づいて、前記第２の無線送信機の位置を決定するように、構成され、
（ｉ）前記第１の無線送信機の決定された位置に基づいて、前記患者の前記第２の骨の位置を示す第２の位置データを決定するように、構成され、かつ、
（ｉｉ）前記第２の位置データに基づいて、前記表示装置に、前記患者の前記第２の骨の位置のしるしを表示するように、構成されている、
システム。
（１７）患者の運動学上の動作をモニターするための装置において、
患者の運動器具と、
第１の指向性アンテナであって、前記患者の運動器具に連結されている、第１の指向性アンテナと、
第２の指向性アンテナであって、前記患者の運動器具に、前記第１の指向性アンテナに対して同一平面上に連結されている、第２の指向性アンテナと、
第３の指向性アンテナであって、前記患者の運動器具に、前記第１の指向性アンテナおよび前記第２の指向性アンテナに対して同一平面上に連結されている、第３の指向性アンテナと、
第４の指向性アンテナであって、前記患者の運動器具に、前記第１の指向性アンテナ、前記第２の指向性アンテナ、および、前記第３の指向性アンテナに対して非同一平面上に連結されている、第４の指向性アンテナと、
を含む、装置。
（１８）実施態様１７に記載の装置において、
前記患者の運動器具は、トレッドミル、ステアステッパー器具、エクササイズバイク、楕円形トレーナー、ローイングマシン、または、スキーマシン、からなる群から、選択される、運動器具である、装置。
（１９）実施態様１７に記載の装置において、
前記第１の指向性アンテナ、前記第２の指向性アンテナ、前記第３の指向性アンテナ、および、前記第４の指向性アンテナは、螺旋形の指向性アンテナ（spiral directional antenna）である、装置。
（２０）実施態様１７に記載の装置において、
前記第１の指向性アンテナ、前記第２の指向性アンテナ、前記第３の指向性アンテナ、および、前記第４の指向性アンテナは、各アンテナの照準器が共通の容積の空間の方に向けられるように、位置決めされている、装置。
【００６３】
（２１）患者の運動学上の動作をモニターするための方法において、
前記患者が患者の運動器具で運動している間に、複数の同一平面上の指向性アンテナにより前記患者に連結されている無線送信機から、無線信号を受信する工程と、
前記患者が前記患者の運動器具で運動している間に、前記複数の同一平面上の指向性アンテナに対して非同一平面上に位置決めされている指向性アンテナにより、前記無線信号を受信する工程と、
各前記指向性アンテナから、出力信号を受信する工程と、
前記出力信号を比較する工程と、
前記比較する工程に基づいて、前記無線送信機の位置を示すデータを決定する工程と、
を含む、方法。
（２２）実施態様２１に記載の方法において、
前記無線信号は、非変調無線信号である、方法。
（２３）実施態様２１に記載の方法において、
前記複数の同一平面上の指向性アンテナにより、前記患者に連結されている前記無線送信機から、前記無線信号を受信する前記工程は、
複数の螺旋形の指向性アンテナにより、前記無線送信機から前記無線信号を受信する工程、
を含む、方法。
（２４）実施態様２１に記載の方法において、
前記複数の同一平面上の指向性アンテナに対して非同一平面上に位置決めされている前記指向性アンテナにより、前記無線信号を受信する前記工程は、
螺旋形の指向性アンテナにより、前記無線信号を受信する工程、
を含む、方法。
（２５）実施態様２１に記載の方法において、
前記比較する工程は、前記出力信号の振幅を比較する工程、を含む、方法。
【００６４】
（２６）実施態様２１に記載の方法において、
前記比較する工程は、前記出力信号の位相を比較する工程、を含む、方法。
（２７）実施態様２１に記載の方法において、
前記比較する工程は、前記出力信号のドップラー周波数偏移（Doppler frequency shift）を比較する工程、を含む、方法。
（２８）実施態様２１に記載の方法において、
前記比較する工程は、前記出力信号の到達の時間差を比較する工程、を含む、方法。
（２９）実施態様２１に記載の方法において、
前記決定する工程に基づいて、表示装置に前記無線送信機の位置のしるしを表示する工程、
をさらに含む、方法。
（３０）実施態様２９に記載の方法において、
前記表示する工程は、前記決定する工程に基づいて、前記表示装置に、患者の骨の位置を示すしるしを表示する工程、を含む、方法。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】コンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システムの斜視図である。
【図２】図１のＣＡＯＳシステムの簡略図である。
【図３】骨ロケータ器具の斜視図である。
【図４】図１のシステムをと共に使用するための表示器具（registration tool）の斜視図である。
【図５】図１のシステムと共に使用するための整形外科器具の斜視図である。
【図６】別のコンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システムの簡略図である。
【図７】図６のＣＡＯＳシステムの整形外科医療装置の一実施形態の簡略図である。
【図８】図６のＣＡＯＳシステムの整形外科医療装置の別の実施形態の簡略図である。
【図９】図７および／または図８の整形外科医療装置のハウジングの一実施形態の斜視図である。
【図１０】整形外科手術室の中に組み込まれている、図６のＣＡＯＳシステム、のアンテナアレイの斜視図である。
【図１１】図１０のアンテナアレイの第１の部分の平面図である。
【図１２】図１０のアンテナアレイの第２の部分の断面図である。
【図１３】図１０のアンテナアレイの第２の部分の別の実施形態の断面図である。
【図１４】図６のコンピュータ支援整形外科（ＣＡＯＳ）システムにより実行されるアルゴリズムの簡略化されたフローチャートである。
【図１５】患者の運動学上の動作をモニターするためのシステムの簡略図である。
【図１６】図１５のシステムにより実行されるアルゴリズムの簡略化されたフローチャートである。
【図１７】図１５のシステムの患者の運動器具の一実施形態の斜視図である。
【図１８】図１５のシステムの患者の運動器具の別の実施形態の斜視図である。
【図１】
2007260404.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2007260404.tif 000018
【図１７】
2007260404.tif 000019
【図１８】
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【外国語明細書】
2007260404000001.pdf