冷卻服在醫療、體育和工業領域的新用途

冷卻服在醫療、體育和工業領域的新用途

Cooling Garments Find New Medical, Athletic, and Industrial Uses

為了使早期的宇航員在太空旅行中保持舒爽的體溫，Bill Elkins開始研究液體冷卻服，當時人們認為，這種冷卻服除了保持溫度舒適外，沒有其它用處。然而，在這種冷卻服開發成功后的幾十年里，Bill Elkins及其他工程師用這些冷卻服解決了工業和醫療領域的大量難題。直到今天，在Bill Elkins接觸冷卻服技術近60年之際，他仍然在繼續推廣這項應用液體調節體溫的專業技術。

世界上第一款冷卻服是由英國皇家空軍為處于悶熱的駕駛艙內的飛行員開發的。該冷卻服穿在制服下面，由分布在長內衣中的水管構成，水由水泵驅動在水管中循環流動，通過熱交換器進行冷卻。在美國國家航空航天局（NASA）成立之前，美國空軍管理著水星計劃。他們對該冷卻服的設計進行了改進，將其用作航天服。前戰斗機飛行員Bill Elkins參與了該航天服的設計，成為NASA和美國空軍的合同雇員。

1962年，美國利頓工業公司聘請Bill Elkins參與航天服的設計工作。此外，他還繼續作為總工程師在蓋瑞特公司參與Ai研究部的工作。20世紀70年代，他在宇航熱量公司與NASA艾姆斯研究中心的幾位工程師合作，開發了一款用冷卻板代替乙烯管的航天液冷服。該設計概念成為Bill Elkins后期為美國國防預先研究計劃局（DARPA）進行項目研發及開發他自己公司產品的基礎。

Bill Elkins和艾姆斯研究中心的工程師合作設計了一種薄板系統。該系統中由充滿液體的管道構成，每塊薄板能夠覆蓋一塊肌肉，薄板之間用盡可能小的管道連接。他們還開發了一款頭盔冷卻系統。雖然這些冷卻系統并未在太空中使用，但這些技術在Bill Elkins后來開發的商業產品中都獲得了應用。

20世紀70年代末，NASA與Bill Elkins當時所處的Acurex公司簽訂了合同，計劃為直升機飛行員設計一款液體冷卻頭盔內襯和背心。后來，Acurex公司又與美國礦務局合作，為礦井救援人員開發了一款人體冷卻系統。

1980年，Bill Elkins成立了生命支持系統公司，為軍事、娛樂和工業應用開發了一系列冷卻系統產品。在艾姆斯研究中心的推薦下，Bill Elkins為一位患有少汗性外胚層發育不良疾病的孩子設計了一款冷卻套裝，得到了大家的關注，這些關注也引起了其他人的注意，促使人們將這些冷卻系統設計擴展到其它醫療用途中。從此，Bill Elkins開始改進其冷卻系統，并將其用于醫療領域。最終，該項工作促成了生命支持系統公司與艾姆斯研究中心的再次合作，這些工程師包括多位為液冷服技術作出了突出貢獻的人。該研究團隊為多發性硬化癥患者開發了一種設備。自20世紀50年代末開始，醫生通常使用冷水浴法來治療多發性硬化癥。這種病癥會導致腦和脊髓神經元周圍的髓磷脂損傷，出現神經信號“短路”。醫生發現，低溫能夠使信號更可靠地在受損神經中傳遞。

艾姆斯研究中心的工程師和Bill Elkins設計出了馬克7號微氣候醫療個人冷卻系統，通過液體冷卻帽子和背心冷卻大腦。與冷水浴法不同，該設備較為舒適且沒有副作用。該設備也可用于治療周圍神經病變癥、大皰性表皮松解癥，脊柱分裂癥，以及腦癱等疾病。該冷卻系統在軍用領域也有應用，如在“沙漠風暴”和“沙漠盾牌”行動中用于為防爆人員在高溫中保持體溫舒適。該項應用使Bill Elkins獲得了美國陸軍司令部的公共服務獎。此外，1993年，Bill Elkins還與艾姆斯研究中心、約翰遜航天中心和蘭利研究中心的工程師一起憑借在液冷服開發方面的成就進入了航天基金會的航天技術榮譽堂。

20世紀90年代初期，Bill Elkins成立了冷卻系統公司，采用冷卻服技術開發了一種應用壓力和冷卻系統覆蓋受傷區域的設備，用于體育醫療中。冷卻系統公司在起步階段很艱難，幾年之后，Bill Elkins將其出售給了投資機構，現在，該公司取得了巨大的成功，以Game Ready公司的名義開展業務，還開發了用于為受傷的動物進行治療的類似裝置。20世紀90年代中期，Bill Elkins成立了WElkins有限責任公司，與國際海洋工程公司合作開發新一代航天服和壓力系統。

Bill Elkins認為，他的成就真正開始于2001年。當時，在伊利諾斯州OSF圣弗朗西斯醫療中心神經外科工作的王歡醫生正在尋找一種能夠讓中風病人和腦外傷病人大腦冷卻的方法。他偶然間看到了Bill Elkins為NASA開發的頭部冷卻設備設計圖，經NASA的介紹聯系到了Bill Elkins。雙方合作開展了一項預先研究，并于2004年發表了研究結果。意識到該項研究的應用潛力，真北證券公司購買了WElkins公司60%的股權，繼續為液冷系統開發新的應用。

中風和心臟病發作會減少大腦的供氧量。通過降低大腦的溫度，醫生或急救人員能夠減緩大腦的氧代謝，通過降低對氧氣的需求以防止細胞受損。同樣的，創傷性腦損傷也會減少輸送到腦部的氧氣，在這種情況下，腦部冷卻也能夠通過緩解炎癥來減輕對身體的損害。腦部冷卻是一種非常有效的非物理侵入式治療方法。減緩腦部氧代謝也有助于防止在心臟手術時因血流量下降而帶來的損傷。該系統原理上是使神經細胞“冬眠”，這樣，在手術過程中其氧氣需求就會減少。目前，醫院和緊急醫療技術機構已成為該公司最大的客戶之一。

2012年，美國食品和藥物管理局批準了WElkins公司開發的頭盔內襯冷卻系統的醫療應用。該系統利用氣動加壓提高傳熱效果，并延伸到頸部在血液流向腦部的過程中冷卻頸動脈的血液，從而更有效地進行冷卻。據稱，該系統能夠在約15min內使大腦溫度降低4℉。此外，該頭盔內襯系統對于治療偏頭痛和癲癇也非常有效，這是因為冷卻過程減慢了神經信號傳輸的速度。

該公司還為運動員和運動隊開發了一款“邊線”冷卻系統，通過冷卻減輕熱應力、增加氧攝入量、降低心率、減少出汗，提高血液向肌肉流動的速度，從而提高比賽成績。此外，該系統還能夠緩解運動性腦震蕩的炎癥問題。運動引起的腦部高溫會增加大腦對輕微打擊損傷的敏感性，使用該冷卻系統，能夠減輕這種傷害的影響。隨著人們對運動性腦震蕩的日益關注，“邊線”冷卻系統的需求也將逐漸增加。

WElkins公司還開發了一種“無汗”工作增強系統。該系統包括冷卻帽子和冷卻背心，主要用戶是需穿著厚重防護服或盔甲的工人，以及在高溫環境中工作的工人等，主要涉及軍隊、消防、有害物質清除、發電廠、采礦和其它應用領域。與頭盔內襯系統類似，該系統也采用了與Bill Elkins和NASA合作設計的冷卻系統類似的技術。

2016年夏天，在與多家高校和大學在臨床和運動研究領域建立了伙伴關系之后，WElkins公司的產品開始大規模進入市場。目前，Welkins公司擁有8～10名員工，預計2016年在醫療和運動市場的銷售額將達到約100萬美元。該公司還為國防部和私營企業提供了工程和產品開發服務，預計這一部分業務的收入2016年約為50萬美元，2017年將達到約125萬美元。 (唐 甜)

▲ WElkins公司開發的“邊線”冷卻系統