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(jié)置換技術而開發(fā)的新型“智能膝關節(jié)”植入物原型。安東的研究現(xiàn)獲得美國國立衛(wèi)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(jié)成形術，也就是人們更熟知的膝關節(jié)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(jié)置換技術來提升手術效果——如今，他獲得了美國國立衛(wèi)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(tài)與智能系統(tǒng)實驗室主任。自十多年前加入該校以來，他一直致力于現(xiàn)代膝關節(jié)置換技術的研究。

盡管大多數(shù)患者的膝關節(jié)置換手術是成功的，但估計仍有10%至20%的患者對手術結(jié)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(jié)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(fā)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?！?/p>

安東表示：“我們需要從置換關節(jié)內(nèi)部獲取數(shù)據(jù)，以更好地理解為何有10%至20%的患者對手術結(jié)果不滿意，但目前尚無經(jīng)美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準的技術可以植入膝關節(jié)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(fā)傳感系統(tǒng)，以全面了解患者術后的真實情況，從而改善膝關節(jié)置換的臨床效果。”

在學生們的協(xié)助下，安東一直在開發(fā)一種可自供電的“智能膝關節(jié)”植入物，該植入物可在術后向醫(yī)生實時傳輸關節(jié)受力和運動數(shù)據(jù)，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(jié)受力并收集能量，而此次NIH的新資助將使他能夠開發(fā)更先進的智能植入物，增加磁傳感器以全面評估膝關節(jié)的活動范圍。

這種“智能膝關節(jié)”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(jié)”施加力量時，壓電換能器會產(chǎn)生電壓。這些電壓既可用于測量以構建傳感系統(tǒng)，也可被收集和儲存以驅(qū)動整個系統(tǒng)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(yī)療器械行業(yè)的研發(fā)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?！?/p>

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(yī)學研究項目，我是不會相信的?！?/p>

安東認為，這項資助表明田納西理工大學正在成為生物醫(yī)學研究領域的領導者，甚至能夠與擁有醫(yī)學院和附屬醫(yī)院支持的機構一較高下。這項資助的獲得正值該校連續(xù)第五年創(chuàng)下外部資助研究經(jīng)費新高，2025財年研究經(jīng)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(xiàn)實世界中的挑戰(zhàn)，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(jīng)濟發(fā)展副校長邁克爾·艾肯斯（Michael Aikens）補充說，學?！盀榘矕|博士高質(zhì)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(fā)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(jié)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(jié)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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