田納西理工大學(xué)副教授獲250萬美元NIH資助，以改進(jìn)膝關(guān)節(jié)置換技術(shù)

田納西理工大學(xué)(TTU)機(jī)械工程系副教授史蒂文·安東（Steven Anton）正在展示他為改進(jìn)膝關(guān)節(jié)置換技術(shù)而開發(fā)的新型“智能膝關(guān)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(guān)節(jié)成形術(shù)，也就是人們更熟知的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。田納西理工大學(xué)的一位教職員工正致力于通過改進(jìn)膝關(guān)節(jié)置換技術(shù)來提升手術(shù)效果——如今，他獲得了美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）一項(xiàng)備受矚目的250萬美元資助。

史蒂文·安東是田納西理工大學(xué)機(jī)械工程系副教授，同時(shí)也是該校動態(tài)與智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(guān)節(jié)置換技術(shù)的研究。

盡管大多數(shù)患者的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)是成功的，但估計(jì)仍有10%至20%的患者對手術(shù)結(jié)果不滿意。此外，約9%的此類手術(shù)需要進(jìn)行翻修。

安東的已故母親曾接受過膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，這讓他親身體會到改善此類手術(shù)的必要性。雖然母親避免了部分患者會遭遇的術(shù)后并發(fā)癥，但他回憶起母親艱難的康復(fù)之路，這進(jìn)一步堅(jiān)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(guān)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(shù)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(zhǔn)的技術(shù)可以植入膝關(guān)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(jī)是開發(fā)傳感系統(tǒng)，以全面了解患者術(shù)后的真實(shí)情況，從而改善膝關(guān)節(jié)置換的臨床效果?！?/p>

在學(xué)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(guān)節(jié)”植入物，該植入物可在術(shù)后向醫(yī)生實(shí)時(shí)傳輸關(guān)節(jié)受力和運(yùn)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(guān)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(jìn)的智能植入物，增加磁傳感器以全面評估膝關(guān)節(jié)的活動范圍。

這種“智能膝關(guān)節(jié)”的核心在于嵌入的壓電換能器陣列。當(dāng)患者在日?；顒又袑Α爸悄芟リP(guān)節(jié)”施加力量時(shí)，壓電換能器會產(chǎn)生電壓。這些電壓既可用于測量以構(gòu)建傳感系統(tǒng)，也可被收集和儲存以驅(qū)動整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。

在推進(jìn)研究的同時(shí)，安東也將此項(xiàng)目作為學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)的機(jī)會——一些參與項(xiàng)目的學(xué)生甚至進(jìn)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(gè)項(xiàng)目……二十多名學(xué)生以各種形式與我合作過……這是一個(gè)以學(xué)生為中心的項(xiàng)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(fù)盛名的“R01”項(xiàng)目稱號。該獎項(xiàng)是該機(jī)構(gòu)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(xiàng)目完全是一個(gè)夢想成真。如果2013年我剛加入田納西理工大學(xué)機(jī)械工程系時(shí)，有人告訴我，我最終能夠獲得R01資助并建立一個(gè)生物醫(yī)學(xué)研究項(xiàng)目，我是不會相信的?！?/p>

安東認(rèn)為，這項(xiàng)資助表明田納西理工大學(xué)正在成為生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，甚至能夠與擁有醫(yī)學(xué)院和附屬醫(yī)院支持的機(jī)構(gòu)一較高下。這項(xiàng)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(fèi)新高，2025財(cái)年研究經(jīng)費(fèi)接近4800萬美元。

田納西理工大學(xué)代理教務(wù)長約翰·劉（John Liu）表示，像安東這樣的研究項(xiàng)目有助于解決現(xiàn)實(shí)世界中的挑戰(zhàn)，同時(shí)拓展學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)機(jī)會。

田納西理工大學(xué)代理研究與經(jīng)濟(jì)發(fā)展副校長邁克爾·艾肯斯（Michael Aikens）補(bǔ)充說，學(xué)校“為安東博士高質(zhì)量的研究項(xiàng)目感到非常自豪”，并指出R01獎項(xiàng)“證明了田納西理工大學(xué)的教師具有極強(qiáng)的競爭力”。

這項(xiàng)NIH資助是安東繁忙夏季的最新榮譽(yù)。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(guān)于智能建筑技術(shù)的白皮書，該文由美國機(jī)械工程師學(xué)會（ASME）的《機(jī)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(shù)。

安東本人則迅速將功勞歸于他的同事和學(xué)生們。

他總結(jié)道：“我得到了大學(xué)各方面的大力支持——無論是我們的系、制造研究中心、工程學(xué)院，還是全校范圍的研究辦公室，這真正是一次團(tuán)隊(duì)合作。我認(rèn)為這表明，當(dāng)我們團(tuán)結(jié)一致時(shí)，我們可以共同取得成就，因此我非常感謝田納西理工大學(xué)的每一個(gè)人。”

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