冷卻服在醫(yī)療、體育和工業(yè)領(lǐng)域的新用途

冷卻服在醫(yī)療、體育和工業(yè)領(lǐng)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(kāi)始研究液體冷卻服，當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為，這種冷卻服除了保持溫度舒適外，沒(méi)有其它用處。然而，在這種冷卻服開(kāi)發(fā)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(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域的大量難題。直到今天，在Bill Elkins接觸冷卻服技術(shù)近60年之際，他仍然在繼續(xù)推廣這項(xiàng)應(yīng)用液體調(diào)節(jié)體溫的專(zhuān)業(yè)技術(shù)。

世界上第一款冷卻服是由英國(guó)皇家空軍為處于悶熱的駕駛艙內(nèi)的飛行員開(kāi)發(fā)的。該冷卻服穿在制服下面，由分布在長(zhǎng)內(nèi)衣中的水管構(gòu)成，水由水泵驅(qū)動(dòng)在水管中循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)熱交換器進(jìn)行冷卻。在美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）成立之前，美國(guó)空軍管理著水星計(jì)劃。他們對(duì)該冷卻服的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，將其用作航天服。前戰(zhàn)斗機(jī)飛行員Bill Elkins參與了該航天服的設(shè)計(jì)，成為NASA和美國(guó)空軍的合同雇員。

1962年，美國(guó)利頓工業(yè)公司聘請(qǐng)Bill Elkins參與航天服的設(shè)計(jì)工作。此外，他還繼續(xù)作為總工程師在蓋瑞特公司參與Ai研究部的工作。20世紀(jì)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(kāi)發(fā)了一款用冷卻板代替乙烯管的航天液冷服。該設(shè)計(jì)概念成為Bill Elkins后期為美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（DARPA）進(jìn)行項(xiàng)目研發(fā)及開(kāi)發(fā)他自己公司產(chǎn)品的基礎(chǔ)。

Bill Elkins和艾姆斯研究中心的工程師合作設(shè)計(jì)了一種薄板系統(tǒng)。該系統(tǒng)中由充滿(mǎn)液體的管道構(gòu)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(kāi)發(fā)了一款頭盔冷卻系統(tǒng)。雖然這些冷卻系統(tǒng)并未在太空中使用，但這些技術(shù)在Bill Elkins后來(lái)開(kāi)發(fā)的商業(yè)產(chǎn)品中都獲得了應(yīng)用。

20世紀(jì)70年代末，NASA與Bill Elkins當(dāng)時(shí)所處的Acurex公司簽訂了合同，計(jì)劃為直升機(jī)飛行員設(shè)計(jì)一款液體冷卻頭盔內(nèi)襯和背心。后來(lái)，Acurex公司又與美國(guó)礦務(wù)局合作，為礦井救援人員開(kāi)發(fā)了一款人體冷卻系統(tǒng)。

1980年，Bill Elkins成立了生命支持系統(tǒng)公司，為軍事、娛樂(lè)和工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)了一系列冷卻系統(tǒng)產(chǎn)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(fā)育不良疾病的孩子設(shè)計(jì)了一款冷卻套裝，得到了大家的關(guān)注，這些關(guān)注也引起了其他人的注意，促使人們將這些冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)擴(kuò)展到其它醫(yī)療用途中。從此，Bill Elkins開(kāi)始改進(jìn)其冷卻系統(tǒng)，并將其用于醫(yī)療領(lǐng)域。最終，該項(xiàng)工作促成了生命支持系統(tǒng)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(shù)作出了突出貢獻(xiàn)的人。該研究團(tuán)隊(duì)為多發(fā)性硬化癥患者開(kāi)發(fā)了一種設(shè)備。自20世紀(jì)50年代末開(kāi)始，醫(yī)生通常使用冷水浴法來(lái)治療多發(fā)性硬化癥。這種病癥會(huì)導(dǎo)致腦和脊髓神經(jīng)元周?chē)乃枇字瑩p傷，出現(xiàn)神經(jīng)信號(hào)“短路”。醫(yī)生發(fā)現(xiàn)，低溫能夠使信號(hào)更可靠地在受損神經(jīng)中傳遞。

艾姆斯研究中心的工程師和Bill Elkins設(shè)計(jì)出了馬克7號(hào)微氣候醫(yī)療個(gè)人冷卻系統(tǒng)，通過(guò)液體冷卻帽子和背心冷卻大腦。與冷水浴法不同，該設(shè)備較為舒適且沒(méi)有副作用。該設(shè)備也可用于治療周?chē)窠?jīng)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(tǒng)在軍用領(lǐng)域也有應(yīng)用，如在“沙漠風(fēng)暴”和“沙漠盾牌”行動(dòng)中用于為防爆人員在高溫中保持體溫舒適。該項(xiàng)應(yīng)用使Bill Elkins獲得了美國(guó)陸軍司令部的公共服務(wù)獎(jiǎng)。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(kāi)發(fā)方面的成就進(jìn)入了航天基金會(huì)的航天技術(shù)榮譽(yù)堂。

20世紀(jì)90年代初期，Bill Elkins成立了冷卻系統(tǒng)公司，采用冷卻服技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種應(yīng)用壓力和冷卻系統(tǒng)覆蓋受傷區(qū)域的設(shè)備，用于體育醫(yī)療中。冷卻系統(tǒng)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(jī)構(gòu)，現(xiàn)在，該公司取得了巨大的成功，以Game Ready公司的名義開(kāi)展業(yè)務(wù)，還開(kāi)發(fā)了用于為受傷的動(dòng)物進(jìn)行治療的類(lèi)似裝置。20世紀(jì)90年代中期，Bill Elkins成立了WElkins有限責(zé)任公司，與國(guó)際海洋工程公司合作開(kāi)發(fā)新一代航天服和壓力系統(tǒng)。

Bill Elkins認(rèn)為，他的成就真正開(kāi)始于2001年。當(dāng)時(shí)，在伊利諾斯州OSF圣弗朗西斯醫(yī)療中心神經(jīng)外科工作的王歡醫(yī)生正在尋找一種能夠讓中風(fēng)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(kāi)發(fā)的頭部冷卻設(shè)備設(shè)計(jì)圖，經(jīng)NASA的介紹聯(lián)系到了Bill Elkins。雙方合作開(kāi)展了一項(xiàng)預(yù)先研究，并于2004年發(fā)表了研究結(jié)果。意識(shí)到該項(xiàng)研究的應(yīng)用潛力，真北證券公司購(gòu)買(mǎi)了WElkins公司60%的股權(quán)，繼續(xù)為液冷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用。

中風(fēng)和心臟病發(fā)作會(huì)減少大腦的供氧量。通過(guò)降低大腦的溫度，醫(yī)生或急救人員能夠減緩大腦的氧代謝，通過(guò)降低對(duì)氧氣的需求以防止細(xì)胞受損。同樣的，創(chuàng)傷性腦損傷也會(huì)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(guò)緩解炎癥來(lái)減輕對(duì)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(shù)時(shí)因血流量下降而帶來(lái)的損傷。該系統(tǒng)原理上是使神經(jīng)細(xì)胞“冬眠”，這樣，在手術(shù)過(guò)程中其氧氣需求就會(huì)減少。目前，醫(yī)院和緊急醫(yī)療技術(shù)機(jī)構(gòu)已成為該公司最大的客戶(hù)之一。

2012年，美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)了WElkins公司開(kāi)發(fā)的頭盔內(nèi)襯冷卻系統(tǒng)的醫(yī)療應(yīng)用。該系統(tǒng)利用氣動(dòng)加壓提高傳熱效果，并延伸到頸部在血液流向腦部的過(guò)程中冷卻頸動(dòng)脈的血液，從而更有效地進(jìn)行冷卻。據(jù)稱(chēng)，該系統(tǒng)能夠在約15min內(nèi)使大腦溫度降低4℉。此外，該頭盔內(nèi)襯系統(tǒng)對(duì)于治療偏頭痛和癲癇也非常有效，這是因?yàn)槔鋮s過(guò)程減慢了神經(jīng)信號(hào)傳輸?shù)乃俣取?/p>

該公司還為運(yùn)動(dòng)員和運(yùn)動(dòng)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一款“邊線”冷卻系統(tǒng)，通過(guò)冷卻減輕熱應(yīng)力、增加氧攝入量、降低心率、減少出汗，提高血液向肌肉流動(dòng)的速度，從而提高比賽成績(jī)。此外，該系統(tǒng)還能夠緩解運(yùn)動(dòng)性腦震蕩的炎癥問(wèn)題。運(yùn)動(dòng)引起的腦部高溫會(huì)增加大腦對(duì)輕微打擊損傷的敏感性，使用該冷卻系統(tǒng)，能夠減輕這種傷害的影響。隨著人們對(duì)運(yùn)動(dòng)性腦震蕩的日益關(guān)注，“邊線”冷卻系統(tǒng)的需求也將逐漸增加。

WElkins公司還開(kāi)發(fā)了一種“無(wú)汗”工作增強(qiáng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括冷卻帽子和冷卻背心，主要用戶(hù)是需穿著厚重防護(hù)服或盔甲的工人，以及在高溫環(huán)境中工作的工人等，主要涉及軍隊(duì)、消防、有害物質(zhì)清除、發(fā)電廠、采礦和其它應(yīng)用領(lǐng)域。與頭盔內(nèi)襯系統(tǒng)類(lèi)似，該系統(tǒng)也采用了與Bill Elkins和NASA合作設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)類(lèi)似的技術(shù)。

2016年夏天，在與多家高校和大學(xué)在臨床和運(yùn)動(dòng)研究領(lǐng)域建立了伙伴關(guān)系之后，WElkins公司的產(chǎn)品開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)。目前，Welkins公司擁有8～10名員工，預(yù)計(jì)2016年在醫(yī)療和運(yùn)動(dòng)市場(chǎng)的銷(xiāo)售額將達(dá)到約100萬(wàn)美元。該公司還為國(guó)防部和私營(yíng)企業(yè)提供了工程和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)服務(wù)，預(yù)計(jì)這一部分業(yè)務(wù)的收入2016年約為50萬(wàn)美元，2017年將達(dá)到約125萬(wàn)美元。 (唐 甜)

▲ WElkins公司開(kāi)發(fā)的“邊線”冷卻系統(tǒng)