田纳西理工大学副教授获250万美元NIH资助，以改进膝关节置换技术

田纳西理工大学(TTU)机械工程系副教授史蒂文·安东（Steven Anton）正在展示他为改进膝关节置换技术而开发的新型“智能膝关节”植入物原型。安东的研究现获得美国国立卫生研究院（NIH）250万美元的资助支持。

每年有超过100万美国人接受全膝关节成形术，也就是人们更熟知的膝关节置换手术。田纳西理工大学的一位教职员工正致力于通过改进膝关节置换技术来提升手术效果——如今，他获得了美国国立卫生研究院（NIH）一项备受瞩目的250万美元资助。

史蒂文·安东是田纳西理工大学机械工程系副教授，同时也是该校动态与智能系统实验室主任。自十多年前加入该校以来，他一直致力于现代膝关节置换技术的研究。

尽管大多数患者的膝关节置换手术是成功的，但估计仍有10%至20%的患者对手术结果不满意。此外，约9%的此类手术需要进行翻修。

安东的已故母亲曾接受过膝关节置换手术，这让他亲身体会到改善此类手术的必要性。虽然母亲避免了部分患者会遭遇的术后并发症，但他回忆起母亲艰难的康复之路，这进一步坚定了他的信念：“我们需要做得更好。”

安东表示：“我们需要从置换关节内部获取数据，以更好地理解为何有10%至20%的患者对手术结果不满意，但目前尚无经美国食品药品监督管理局（FDA）批准的技术可以植入膝关节并提供这些信息。这正是我想要解决的问题。作为一名工程师，我的主要动机是开发传感系统，以全面了解患者术后的真实情况，从而改善膝关节置换的临床效果。”

在学生们的协助下，安东一直在开发一种可自供电的“智能膝关节”植入物，该植入物可在术后向医生实时传输关节受力和运动数据，以评估其性能。

安东此前的研究主要集中在利用压电换能器来感知关节受力并收集能量，而此次NIH的新资助将使他能够开发更先进的智能植入物，增加磁传感器以全面评估膝关节的活动范围。

这种“智能膝关节”的核心在于嵌入的压电换能器阵列。当患者在日常活动中对“智能膝关节”施加力量时，压电换能器会产生电压。这些电压既可用于测量以构建传感系统，也可被收集和储存以驱动整个系统运行。

在推进研究的同时，安东也将此项目作为学生实践学习的机会——一些参与项目的学生甚至进入了医疗器械行业的研发岗位。

安东解释道：“从一开始，本科生和研究生就参与了这个项目……二十多名学生以各种形式与我合作过……这是一个以学生为中心的项目。”

尽管NIH此前曾资助过安东的研究，但此次为期五年的资助金额更大，并获得了NIH最负盛名的“R01”项目称号。该奖项是该机构最抢手的研究资助，授予比例不到申请者的10%。

安东表示：“R01项目完全是一个梦想成真。如果2013年我刚加入田纳西理工大学机械工程系时，有人告诉我，我最终能够获得R01资助并建立一个生物医学研究项目，我是不会相信的。”

安东认为，这项资助表明田纳西理工大学正在成为生物医学研究领域的领导者，甚至能够与拥有医学院和附属医院支持的机构一较高下。这项资助的获得正值该校连续第五年创下外部资助研究经费新高，2025财年研究经费接近4800万美元。

田纳西理工大学代理教务长约翰·刘（John Liu）表示，像安东这样的研究项目有助于解决现实世界中的挑战，同时拓展学生的实践学习机会。

田纳西理工大学代理研究与经济发展副校长迈克尔·艾肯斯（Michael Aikens）补充说，学校“为安东博士高质量的研究项目感到非常自豪”，并指出R01奖项“证明了田纳西理工大学的教师具有极强的竞争力”。

这项NIH资助是安东繁忙夏季的最新荣誉。最近，他与该校另一位教授克雷格·亨德森（Craig Henderson）共同撰写了一篇关于智能建筑技术的白皮书，该文由美国机械工程师学会（ASME）的《机械工程杂志》发表，并与PCB Piezotronics公司合作，介绍了该校新建的阿什拉夫·伊斯拉姆工程大楼所采用的技术。

安东本人则迅速将功劳归于他的同事和学生们。

他总结道：“我得到了大学各方面的大力支持——无论是我们的系、制造研究中心、工程学院，还是全校范围的研究办公室，这真正是一次团队合作。我认为这表明，当我们团结一致时，我们可以共同取得成就，因此我非常感谢田纳西理工大学的每一个人。”