(57)【要約】  欠損した関節もしくは骨を置換するための、または患者の体内で関節もしくは骨を支持するための本体部分と、インプラントと外部デバイスとの間のワイヤレス通信を達成するためのスロットアンテナと、ここにおいて、スロットアンテナは、ワイヤレス通信信号を受信および／または送信するためのスロットが装置された第１の表面を備え、ここにおいて、スロットアンテナは、スロットがインプラントの外側の環境に曝露されるように本体部分内に備えられる、を備える整形外科用インプラント。
2017526420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整形外科用インプラントであって、
欠損した関節もしくは骨を置換するための、または患者の体内で関節もしくは骨を支持するための本体部分と、
前記インプラントと外部デバイスとの間のワイヤレス通信を達成するためのスロットアンテナと、ここにおいて、前記スロットアンテナは、ワイヤレス通信信号を受信および／または送信するためのスロットが装置された第１の表面を備え、
ここにおいて、前記スロットアンテナは、前記スロットが前記インプラントの外側の環境に曝露されるように前記本体部分内に備えられる、を備える整形外科用インプラント。
【請求項２】
前記第１の表面は、前記本体部分の導電性表面を備える、整形外科用インプラント。
【請求項３】
前記スロットアンテナはキャビティバックスロットアンテナである、請求項１または２に記載の整形外科用インプラント。
【請求項４】
前記キャビティバックスロットアンテナのキャビティは、前記本体部分の内側に設置される、請求項３に記載の整形外科用インプラント。
【請求項５】
前記キャビティの壁のうちの少なくとも１つは、前記本体部分の壁によって形成される、請求項４に記載の整形外科用インプラント。
【請求項６】
前記本体部分の前記壁は導電性である、請求項５に記載の整形外科用インプラント。
【請求項７】
前記キャビティバックスロットアンテナは、前記本体部分の前記キャビティの中に挿入可能である、請求項４に記載の整形外科用インプラント。
【請求項８】
前記第１の表面は、前記キャビティバックスロットアンテナのグラウンドプレーンである、請求項２〜６のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
【請求項９】
前記第１の表面は前記インプラントの前記外側表面の一部を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
【請求項１０】
前記第１の表面は、前記本体部分の前記外側表面の輪郭に一致するように付形される、請求項９に記載の整形外科用インプラント。
【請求項１１】
前記インプラントは、前記インプラントの周囲の環境内における温度および／または圧力を感知するための感知手段を含み、前記アンテナは、前記温度および／または圧力を反映するデータを前記外部デバイスに送信するように構成される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の整形外科用インプラント。
【請求項１２】
整形外科用インプラントの本体内にスロットアンテナを配置するための方法であって、前記整形外科用インプラントの前記本体は、前記患者の体内に前記インプラントを位置決めする際に使用するためのブローチハンドルを受容するためのキャビティを有し、前記方法は、
前記インプラントの前記本体から前記ブローチハンドルを取り外すことと、
前記スロットが前記インプラントの外側の前記環境に曝露されるように、前記ブローチハンドルによって空けられた前記キャビティの中に前記スロットアンテナを挿入することとを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明する実施形態は、整形外科用インプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
整形外科インプラントは、インプラントと遠隔デバイスとの間でデータを通信するためのワイヤレスリンクを形成するために、センサと、アンテナと、マイクロエレクトロニクスとを備え付けられ得る。そのデータは、インプラントの状態および／または周囲環境（たとえば、中にインプラントが設置される組織）に関する情報を含み得る。一例として、そのリンクは、インプラントの近傍における温度または圧力の上昇を報告するために使用され得、それは、それぞれ、感染かまたはインプラントの元の位置決めに伴う問題をそれぞれ示し得る。ワイヤレスリンクはまた、たとえば、様々な機能を制御するため、または異なる構成をインプラントに採用させるために、インプラントにデータを送信するためにも使用され得る。
【０００３】
人体は高度なＲＦ妨害環境を備えており、すなわち、電波の振幅はヒト組織の損失性が原因で急速に減少する。通信リンクの性能を維持するために、アンテナの設計および構成が重要となる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態について、単に一例として、添付の図面を参照しながらこれから説明することにする。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】従来の整形外科用股関節インプラントの概略を示す図。
【図２】一実施形態による整形外科用インプラントの概略を示す図。
【図３】一実施形態による、外科手技の間にスロットアンテナが整形外科用インプラントの中に挿入され得る方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
第１の実施形態によれば、
欠損した関節もしくは骨を置換するための、または患者の体内で関節もしくは骨を支持するための本体部分と、
インプラントと外部デバイスとの間のワイヤレス通信を達成するためのスロットアンテナと、ここにおいて、スロットアンテナは、ワイヤレス通信信号を受信および／または送信するためのスロットが装置された第１の表面を備え、
ここにおいて、スロットアンテナは、スロットがインプラントの外側の環境に曝露されるように本体部分内に備えられる、を備える整形外科用インプラントが提供される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、第１の表面は、本体部分の導電性表面を備える。
【０００８】
いくつかの実施形態では、このスロットアンテナはキャビティバックスロットアンテナである。キャビティバックスロットアンテナのキャビティは、本体部分の内側に設置され得る。
【０００９】
キャビティの壁のうちの少なくとも１つが、本体部分の壁によって形成され得る。キャビティの壁のうちの１つ以上が本体部分の壁から形成される場合、本体部分のそれらの壁のうちの１つ以上が導電性であり得る。
【００１０】
いくつかの実施形態では、キャビティバックスロットアンテナは、本体部分のキャビティの中に挿入可能である。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１の表面は、キャビティバックスロットアンテナのグラウンドプレーン（ground plane）である。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１の表面はインプラントの外側表面の一部を備える。第１の表面は、本体部分の外側表面の輪郭に一致するように付形されてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、インプラントは、インプラントの周囲の環境内における温度および／または圧力を感知するための感知手段を含み、アンテナは、その温度および／または圧力を反映するデータを外部デバイスに送信するように構成される。
【００１４】
第２の実施形態によれば、整形外科用インプラントの本体内にスロットアンテナを配置するための方法であって、整形外科用インプラントの本体は、患者の体内にインプラントを位置決めする際に使用するためのブローチハンドルを受容するためのキャビティを有し、この方法は、
インプラントの本体からブローチハンドルを取り外すことと、
スロットがインプラントの外側の環境に曝露されるように、ブローチハンドルによって空けられたキャビティの中にスロットアンテナを挿入することとを備える方法が提供される。
【００１５】
本明細書で説明するように、整形外科用インプラントは、欠損した関節もしくは骨を置換するために、または損傷した骨を支持するために製造される医療デバイスを指すと理解され得る。そのようなインプラントは、たとえば、股関節、膝または肩を含む身体の様々な部分に設けられ得る。通常、そのようなインプラントは、ステンレス鋼およびチタン合金を使用して製作される。人工軟骨としての機能を果たすために、プラスチック被膜が施されてもよい。
【００１６】
従来のインプラント１００が図１に示されている。この例では、インプラントは、患者の骨盤と大腿骨（腿の骨）との間の関節を置換するように設計された股関節インプラントである。インプラントは、ヘッド部分１０１とステム部分１０３とを備えている。ヘッド部分は骨盤内のソケット内に受容されるのに対し、ステムは大腿骨の中に挿入される。ステムはヘッドに対して回転し、患者が自身の脚を正常に動かすことを可能にし得る。
【００１７】
図２は、一実施形態による整形外科用インプラント２００の一例を示している。この実施形態では、インプラント２００は、図１と同様の股関節インプラントであるが、このインプラントは、患者の身体の種々の部分に使用される任意のタイプの整形外科用インプラントのうちの１つであり得ることが理解されよう。インプラント２００は本体部分２０１を含み、この本体部分２０１は、インプラントの主な構造的構成要素をなし、図１に示す従来のインプラントと同じ役割を果たすものである。インプラント２００は、インプラントと外部デバイスとの間のワイヤレス通信リンクを提供するために使用されるスロットアンテナ２０３をさらに備える。本実施形態では、スロットアンテナは、大きな矢印によって示すように、本体部分２０１内に受容される。本体部分内に受容されると、スロット２０３はインプラントの外部に曝露される。
【００１８】
外部デバイスは、たとえば、ラップトップコンピュータ、携帯電話またはタブレットを含めて、ワイヤレス受信機および／または送信機を有する任意の既知の通信デバイスのうちの１つであり得る。外部デバイスは、インプラントを定位置にセットするための手術後に、患者のインプラントの状態を監視するために医師によって使用され得る。アンテナは、インプラントが患者の体内に位置決めされた後にインプラントの環境に関する情報を送信するため、および／またはインプラントを再構成するための（たとえば、インプラントのヘッド部分がステム部分に対して異なる位置を取るようにするための）情報もしくは指示を受信するために使用され得る。
【００１９】
使用の際、アンテナによって散逸される電力は、近接する場におけるオーム損失を積分することによって計算され得るが、これらの損失は組織の伝導性によって引き起こされるものである。この点に関して、スロットアンテナ（磁気アンテナの一例である）は、アンテナの近接する場における電場がより小さくなることから、電気アンテナに優る利点をもたらす。その結果、スロットアンテナは、より少ない電流を周囲の組織に誘起し、それによってオーム損失を低減することになる。加えて、スロットアンテナはインプラントの外側に曝露されるので、ワイヤレス通信信号がインプラントの本体によって遮られることはない。したがって、整形外科用インプラントの物理的強度またはサイズおよび形状を犠牲にすることなく、ワイヤレス通信リンクの完全性が維持され得る。
【００２０】
図２に示す実施形態では、スロットアンテナ２０３はキャビティバックスロットアンテナである。このアンテナは、第１の表面２０７に設置されたスロット２０５を備え、第１の表面２０７はキャビティ２０９を裏に設けられている。第１の表面２０７は、スロット２０５とともに、導波を自由空間波に事実上変換する放射要素を備えるのに対し、キャビティ２０９（図２に示すユニットの第１の面２０７および他の５つの壁によって形成される）は自由空間波を特定の方向に向けるための手段を提供することが理解されよう。
【００２１】
本実施形態では、キャビティバックスロットアンテナ２０３は、本体部分のキャビティ２１１内に受容される。キャビティバックスロットアンテナが本体部分内に受容されると、キャビティ２０９は表面２０７から本体部分の内側に向かって延びる。
【００２２】
キャビティバックスロットアンテナを実装することは、アンテナからの放射の大部分が単一の方向に送信されるため、アンテナから受信されるワイヤレス信号の強度を向上させるのに役立ち得る。
【００２３】
いくつかの実施形態では、本体部分内のキャビティ２１１の壁がそれ自体でキャビティバックスロットアンテナ２０３のためのキャビティを設けてもよく、すなわち、アンテナのための別個の壁付きキャビティ２０９を設ける必要がない場合もあるが、その代わりに、このキャビティが本体部分自体から形作られ得ることが理解されよう。そのような場合、スロットアンテナは、本体部分のキャビティ２１１の１つの端部に配置される付加的な金属片（たとえば、平面シート）として設けられ得る。
【００２４】
図２に示す例では、アンテナは本体部分から上方に向くように位置決めされている。しかしながら、インプラントの本体内におけるスロットアンテナの設置は、インプラントの形状と患者の体内におけるその意図された位置との両方に適合され得ることが理解されよう。
【００２５】
いくつかの実施形態では、スロットが設置される表面はそれ自体が、インプラントの導電性（外側）表面を備えてもよく、すなわち、インプラントの外側表面は、スロットアンテナを支えるキャビティの壁、またはスロットアンテナの接地平面を形成し得る。
【００２６】
いくつかの実施形態では、整形外科インプラントは、スロットアンテナが本体部分内に組み込まれる（固定される）単一ユニットとして提供されてもよく、それに代わって、アンテナは、後に手術中に本体部分に挿入され得る、インプラントの本体とは別個の構成要素として提供され得る。
【００２７】
たとえば、本体部分に位置決めされたとき、スロットアンテナは、インプラント内に収容され、インプラントの環境を監視するために使用される他の回路に接続され得る。そのような回路は、温度および／または圧力の測定を実施するためのセンサ、ならびに、それらの測定値をスロットアンテナによって送信されることが可能な信号へと変換するための、および／またはアンテナによって受信される信号の処理のための標準的な構成要素を含み得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、スロットが設置される表面は平坦な表面である。いくつかの実施形態では、表面は、本体部分の輪郭に一致するように付形されてもよく、すなわち、第１の表面と本体部分の外側表面の残りの部分との間に平滑な遷移が存在し得る。スロットが設置される表面は、それ自体がインプラントの外側表面を備えてもよく、またはインプラントの外側表面と実質的に面一であってもよい。アンテナは、したがって、構造体から突出することも、機械的強度に悪影響を与えることもなく、本体部分内に位置決めされ得る。
【００２９】
いくつかの実施形態では、スロットアンテナは、２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯域、５．２ＧＨｚのＩＳＭ帯域およびより低いＵＷＢ（たとえば、３．１ＧＨｚから４．８ＧＨｚの周波数範囲）のうちの１つまたは複数の周波数で送信するように構成される。
【００３０】
図３は、外科手技の一部として、一実施形態による整形外科用股関節インプラントにスロットアンテナが配置され得る方法の一例を示している。図３Ａは、インプラントのヘッドが骨盤内のソケット３０５内にセットされる前に、患者の大腿骨３０３の内側の定位置に配されているインプラントの本体部分３０１を示している。インプラントは、ブローチハンドル３０７を使用して操作され、ブローチハンドル３０７の一方の端部は、本体部分内に設置されたキャビティの中に挿入される。図３Ｂは、ブローチハンドルが取り除かれたインプラントを示している。この時点で、ブローチハンドルが挿入されていたキャビティ３０９はここでは空になっており、スロットアンテナを受容する準備ができている。スロットアンテナは、図２に関連して上述したように、キャビティ内に挿入され得る。このようにして、本体部分のキャビティは、手術中にインプラントの位置決めを補助することと、その後にキャビティバックアンテナを収容するためのキャビティを提供するかまたはキャビティバックアンテナ自体の一部を形成することとの、二重の目的を果たし得る。
【００３１】
特定の実施形態について説明したが、これらの実施形態は単なる例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。実際に、本明細書に記載された新規な方法、デバイスおよびシステムが、様々な他の形態で実施され得、さらに、本明細書に記載された方法およびシステムの形態における様々な省略、置換および変更が、本発明の精神から逸脱することなく行われ得る。添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物は、本発明の範囲および精神に含まれるような、そのような形態または改変を包含することを意図したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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