田納西理工大學副教授獲250萬美元NIH資助，以改進膝關節置換技術

田納西理工大學(TTU)機械工程系副教授史蒂文·安東（Steven Anton）正在展示他為改進膝關節置換技術而開發的新型“智能膝關節”植入物原型。安東的研究現獲得美國國立衛生研究院（NIH）250萬美元的資助支持。

每年有超過100萬美國人接受全膝關節成形術，也就是人們更熟知的膝關節置換手術。田納西理工大學的一位教職員工正致力于通過改進膝關節置換技術來提升手術效果——如今，他獲得了美國國立衛生研究院（NIH）一項備受矚目的250萬美元資助。

史蒂文·安東是田納西理工大學機械工程系副教授，同時也是該校動態與智能系統實驗室主任。自十多年前加入該校以來，他一直致力于現代膝關節置換技術的研究。

盡管大多數患者的膝關節置換手術是成功的，但估計仍有10%至20%的患者對手術結果不滿意。此外，約9%的此類手術需要進行翻修。

安東的已故母親曾接受過膝關節置換手術，這讓他親身體會到改善此類手術的必要性。雖然母親避免了部分患者會遭遇的術后并發癥，但他回憶起母親艱難的康復之路，這進一步堅定了他的信念：“我們需要做得更好。”

安東表示：“我們需要從置換關節內部獲取數據，以更好地理解為何有10%至20%的患者對手術結果不滿意，但目前尚無經美國食品藥品監督管理局（FDA）批準的技術可以植入膝關節并提供這些信息。這正是我想要解決的問題。作為一名工程師，我的主要動機是開發傳感系統，以全面了解患者術后的真實情況，從而改善膝關節置換的臨床效果。”

在學生們的協助下，安東一直在開發一種可自供電的“智能膝關節”植入物，該植入物可在術后向醫生實時傳輸關節受力和運動數據，以評估其性能。

安東此前的研究主要集中在利用壓電換能器來感知關節受力并收集能量，而此次NIH的新資助將使他能夠開發更先進的智能植入物，增加磁傳感器以全面評估膝關節的活動范圍。

這種“智能膝關節”的核心在于嵌入的壓電換能器陣列。當患者在日常活動中對“智能膝關節”施加力量時，壓電換能器會產生電壓。這些電壓既可用于測量以構建傳感系統，也可被收集和儲存以驅動整個系統運行。

在推進研究的同時，安東也將此項目作為學生實踐學習的機會——一些參與項目的學生甚至進入了醫療器械行業的研發崗位。

安東解釋道：“從一開始，本科生和研究生就參與了這個項目……二十多名學生以各種形式與我合作過……這是一個以學生為中心的項目。”

盡管NIH此前曾資助過安東的研究，但此次為期五年的資助金額更大，并獲得了NIH最負盛名的“R01”項目稱號。該獎項是該機構最搶手的研究資助，授予比例不到申請者的10%。

安東表示：“R01項目完全是一個夢想成真。如果2013年我剛加入田納西理工大學機械工程系時，有人告訴我，我最終能夠獲得R01資助并建立一個生物醫學研究項目，我是不會相信的。”

安東認為，這項資助表明田納西理工大學正在成為生物醫學研究領域的領導者，甚至能夠與擁有醫學院和附屬醫院支持的機構一較高下。這項資助的獲得正值該校連續第五年創下外部資助研究經費新高，2025財年研究經費接近4800萬美元。

田納西理工大學代理教務長約翰·劉（John Liu）表示，像安東這樣的研究項目有助于解決現實世界中的挑戰，同時拓展學生的實踐學習機會。

田納西理工大學代理研究與經濟發展副校長邁克爾·艾肯斯（Michael Aikens）補充說，學校“為安東博士高質量的研究項目感到非常自豪”，并指出R01獎項“證明了田納西理工大學的教師具有極強的競爭力”。

這項NIH資助是安東繁忙夏季的最新榮譽。最近，他與該校另一位教授克雷格·亨德森（Craig Henderson）共同撰寫了一篇關于智能建筑技術的白皮書，該文由美國機械工程師學會（ASME）的《機械工程雜志》發表，并與PCB Piezotronics公司合作，介紹了該校新建的阿什拉夫·伊斯拉姆工程大樓所采用的技術。

安東本人則迅速將功勞歸于他的同事和學生們。

他總結道：“我得到了大學各方面的大力支持——無論是我們的系、制造研究中心、工程學院，還是全校范圍的研究辦公室，這真正是一次團隊合作。我認為這表明，當我們團結一致時，我們可以共同取得成就，因此我非常感謝田納西理工大學的每一個人。”

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