冲击波碎石技术，称得上是一项神奇的发明。它带来的不仅仅是尿石病治疗的一次革命，同时也开创了医用冲击波技术的新篇章。这项天才的发明体现在：充分利用了冲击波的特性和介质的传播属性，尤其是巧妙地运用了聚波技术、合理地选择了 “安全”的破坏方式。这些关键技术的组合，成就了医学史上这项“石破天惊”的创举。

冲击波的某些特性是可运用于医学的必要条件。其一是具有较高的能量。例如，原子弹在空气中爆炸时向四周急剧推动产生的高压气墙式冲击波波际面，能够轻而易举地将建筑物夷为平地。又如，当航空飞行器以超音速飞行时，会发生很强的轰鸣声和震动感，其力度足以震破门街的玻璃，这些现象都是冲击波携带的能量所致。

聚焦技术是根据冲击波的聚焦特性，综合利用物理学和几何学原理设计的创新性技术。冲击波的特性类似于声波的特性。在古代，曾有个别聚焦声能的实例。据记载，吉希腊人在酒神节期间，把一些敌犯关押进拱顶房后，在地下室内窃听其谈话内容以获取情报。另如，在18世纪的物理陈列室有一种声波反射镜，可将怀表行针时的嘀嗒声传播到20m之外观测者的耳中。这些实例说明，声响高频波特别易于聚焦。

冲击波的聚焦与否对冲击波的运用有着极大的影响，尤其是极高的峰压。未经聚焦的冲击波是散射式的，其波形呈现为前沿陡峭其后缓慢下降的压力脉冲，压力上升时间约为 40ns，但冲击波峰压仅为 7MPa；

未经半椭球反射体聚焦的冲击波压力-时间图

而经半椭球反射体聚焦的沖击波则是一个具有尖峰的高压脉冲，整个冲击波持续时间约为 10us，冲击波峰压可达 100MPa，负压波的最大幅度为正压波的10%~50%。聚焦冲击波不仅能在远离冲击波发生源的受治部位集中了最高的沖击能量，达到非侵人式治疗的目的，而且降低了进入体表的能流密度，从而减轻了皮肤痛感及组织损伤的程度。毫无疑问，聚波技术对于实现体外非接触式碎石起着决定性作用。没有聚波技术就没有冲击波碎石术和冲击波疗法。

经半椭球反射体聚焦的冲击波压力-时间图

碎石机通过各种手段实现聚焦，包括使用反射杯、声透镜和球形曲面光源。不管使用何种方法，聚波原理是相似的。对于理论上最佳的聚焦设计而言，声音是可以从各个角度进人，衍射对于一个波长的聚焦区域的尺寸产生约束。对于碎石术中使用的实际聚焦方案而言，声音仅来自一个方向，焦点区域的尺寸可以从几毫米到几十亳米。

冲击波产生之后，需要一种介质将其能量经皮肤穿过逐层组织到达治疗目标。这种介质的物理性质应与人体软组织相近，否则，它不仅会衰减冲击波的传播，而且有可能造成组织损伤。例如，在河塘内进行水下爆炸时，塘中的鱼易被炸死，而大部分虾却安然无恙。原因在于，鱼的鱼鳔内含有大量气体，其声阻抗与水差别很大，易受损伤；而虾体内几乎全是实质性软组织，与水的声阻抗接近，因而能在剧烈的冲击波环境下生存。

由于水的物理性质与人体软组织相近，在物理学上，可将人体软组织视为生理盐水。冲击波在生物软组织与水之间的传播如同在一个均质场传播一样，能够有效地进入体内。因此，在冲击波碎石术和冲击波治疗中，水是用作冲击波传播介质的最佳选择，同理，在治疗时，也应尽量避免冲击波进人含气脏器。

机体组织和不同物质的物理性质

当用冲击波治疗体内的尿石或胆石时，结石的破碎可以通过两种方式来完成，一种是大能量式迅速粉碎（冲击波强度＞＞材料破坏的极限强度）：另一种则是小能量式缓慢粉碎（冲击强度≈材料破坏极限强度）。

碎石机制示意图

在总能量相等的条件下，前一种大能量方式的碎石特点是结石碎得快，但碎块大，组织损伤较重。由于任何一种临床疗法的对象是人，即使某种治疗方式效率再高，如不顾及组织的损伤程度，都将毫无意义，冲击波碎石也不例外。后一种方式可使结石在连续而适中的小能量脉冲作用下，逐渐开裂、解体、破碎，终至形成细砂，同时又可将组织的损伤程度减至最小。诚然，这是一种两全选择。

（孙西钊）