冷却服在医疗、体育和工业领域的新用途

冷却服在医疗、体育和工业领域的新用途

Cooling Garments Find New Medical, Athletic, and Industrial Uses

为了使早期的宇航员在太空旅行中保持舒爽的体温，Bill Elkins开始研究液体冷却服，当时人们认为，这种冷却服除了保持温度舒适外，没有其它用处。然而，在这种冷却服开发成功后的几十年里，Bill Elkins及其他工程师用这些冷却服解决了工业和医疗领域的大量难题。直到今天，在Bill Elkins接触冷却服技术近60年之际，他仍然在继续推广这项应用液体调节体温的专业技术。

世界上第一款冷却服是由英国皇家空军为处于闷热的驾驶舱内的飞行员开发的。该冷却服穿在制服下面，由分布在长内衣中的水管构成，水由水泵驱动在水管中循环流动，通过热交换器进行冷却。在美国国家航空航天局（NASA）成立之前，美国空军管理着水星计划。他们对该冷却服的设计进行了改进，将其用作航天服。前战斗机飞行员Bill Elkins参与了该航天服的设计，成为NASA和美国空军的合同雇员。

1962年，美国利顿工业公司聘请Bill Elkins参与航天服的设计工作。此外，他还继续作为总工程师在盖瑞特公司参与Ai研究部的工作。20世纪70年代，他在宇航热量公司与NASA艾姆斯研究中心的几位工程师合作，开发了一款用冷却板代替乙烯管的航天液冷服。该设计概念成为Bill Elkins后期为美国国防预先研究计划局（DARPA）进行项目研发及开发他自己公司产品的基础。

Bill Elkins和艾姆斯研究中心的工程师合作设计了一种薄板系统。该系统中由充满液体的管道构成，每块薄板能够覆盖一块肌肉，薄板之间用尽可能小的管道连接。他们还开发了一款头盔冷却系统。虽然这些冷却系统并未在太空中使用，但这些技术在Bill Elkins后来开发的商业产品中都获得了应用。

20世纪70年代末，NASA与Bill Elkins当时所处的Acurex公司签订了合同，计划为直升机飞行员设计一款液体冷却头盔内衬和背心。后来，Acurex公司又与美国矿务局合作，为矿井救援人员开发了一款人体冷却系统。

1980年，Bill Elkins成立了生命支持系统公司，为军事、娱乐和工业应用开发了一系列冷却系统产品。在艾姆斯研究中心的推荐下，Bill Elkins为一位患有少汗性外胚层发育不良疾病的孩子设计了一款冷却套装，得到了大家的关注，这些关注也引起了其他人的注意，促使人们将这些冷却系统设计扩展到其它医疗用途中。从此，Bill Elkins开始改进其冷却系统，并将其用于医疗领域。最终，该项工作促成了生命支持系统公司与艾姆斯研究中心的再次合作，这些工程师包括多位为液冷服技术作出了突出贡献的人。该研究团队为多发性硬化症患者开发了一种设备。自20世纪50年代末开始，医生通常使用冷水浴法来治疗多发性硬化症。这种病症会导致脑和脊髓神经元周围的髓磷脂损伤，出现神经信号“短路”。医生发现，低温能够使信号更可靠地在受损神经中传递。

艾姆斯研究中心的工程师和Bill Elkins设计出了马克7号微气候医疗个人冷却系统，通过液体冷却帽子和背心冷却大脑。与冷水浴法不同，该设备较为舒适且没有副作用。该设备也可用于治疗周围神经病变症、大疱性表皮松解症，脊柱分裂症，以及脑瘫等疾病。该冷却系统在军用领域也有应用，如在“沙漠风暴”和“沙漠盾牌”行动中用于为防爆人员在高温中保持体温舒适。该项应用使Bill Elkins获得了美国陆军司令部的公共服务奖。此外，1993年，Bill Elkins还与艾姆斯研究中心、约翰逊航天中心和兰利研究中心的工程师一起凭借在液冷服开发方面的成就进入了航天基金会的航天技术荣誉堂。

20世纪90年代初期，Bill Elkins成立了冷却系统公司，采用冷却服技术开发了一种应用压力和冷却系统覆盖受伤区域的设备，用于体育医疗中。冷却系统公司在起步阶段很艰难，几年之后，Bill Elkins将其出售给了投资机构，现在，该公司取得了巨大的成功，以Game Ready公司的名义开展业务，还开发了用于为受伤的动物进行治疗的类似装置。20世纪90年代中期，Bill Elkins成立了WElkins有限责任公司，与国际海洋工程公司合作开发新一代航天服和压力系统。

Bill Elkins认为，他的成就真正开始于2001年。当时，在伊利诺斯州OSF圣弗朗西斯医疗中心神经外科工作的王欢医生正在寻找一种能够让中风病人和脑外伤病人大脑冷却的方法。他偶然间看到了Bill Elkins为NASA开发的头部冷却设备设计图，经NASA的介绍联系到了Bill Elkins。双方合作开展了一项预先研究，并于2004年发表了研究结果。意识到该项研究的应用潜力，真北证券公司购买了WElkins公司60%的股权，继续为液冷系统开发新的应用。

中风和心脏病发作会减少大脑的供氧量。通过降低大脑的温度，医生或急救人员能够减缓大脑的氧代谢，通过降低对氧气的需求以防止细胞受损。同样的，创伤性脑损伤也会减少输送到脑部的氧气，在这种情况下，脑部冷却也能够通过缓解炎症来减轻对身体的损害。脑部冷却是一种非常有效的非物理侵入式治疗方法。减缓脑部氧代谢也有助于防止在心脏手术时因血流量下降而带来的损伤。该系统原理上是使神经细胞“冬眠”，这样，在手术过程中其氧气需求就会减少。目前，医院和紧急医疗技术机构已成为该公司最大的客户之一。

2012年，美国食品和药物管理局批准了WElkins公司开发的头盔内衬冷却系统的医疗应用。该系统利用气动加压提高传热效果，并延伸到颈部在血液流向脑部的过程中冷却颈动脉的血液，从而更有效地进行冷却。据称，该系统能够在约15min内使大脑温度降低4℉。此外，该头盔内衬系统对于治疗偏头痛和癫痫也非常有效，这是因为冷却过程减慢了神经信号传输的速度。

该公司还为运动员和运动队开发了一款“边线”冷却系统，通过冷却减轻热应力、增加氧摄入量、降低心率、减少出汗，提高血液向肌肉流动的速度，从而提高比赛成绩。此外，该系统还能够缓解运动性脑震荡的炎症问题。运动引起的脑部高温会增加大脑对轻微打击损伤的敏感性，使用该冷却系统，能够减轻这种伤害的影响。随着人们对运动性脑震荡的日益关注，“边线”冷却系统的需求也将逐渐增加。

WElkins公司还开发了一种“无汗”工作增强系统。该系统包括冷却帽子和冷却背心，主要用户是需穿着厚重防护服或盔甲的工人，以及在高温环境中工作的工人等，主要涉及军队、消防、有害物质清除、发电厂、采矿和其它应用领域。与头盔内衬系统类似，该系统也采用了与Bill Elkins和NASA合作设计的冷却系统类似的技术。

2016年夏天，在与多家高校和大学在临床和运动研究领域建立了伙伴关系之后，WElkins公司的产品开始大规模进入市场。目前，Welkins公司拥有8～10名员工，预计2016年在医疗和运动市场的销售额将达到约100万美元。该公司还为国防部和私营企业提供了工程和产品开发服务，预计这一部分业务的收入2016年约为50万美元，2017年将达到约125万美元。 (唐 甜)

▲ WElkins公司开发的“边线”冷却系统