沖擊波碎石技術，稱得上是一項神奇的發明。它帶來的不僅僅是尿石病治療的一次革命，同時也開創了醫用沖擊波技術的新篇章。這項天才的發明體現在：充分利用了沖擊波的特性和介質的傳播屬性，尤其是巧妙地運用了聚波技術、合理地選擇了 “安全”的破壞方式。這些關鍵技術的組合，成就了醫學史上這項“石破天驚”的創舉。

沖擊波的某些特性是可運用于醫學的必要條件。其一是具有較高的能量。例如，原子彈在空氣中爆炸時向四周急劇推動產生的高壓氣墻式沖擊波波際面，能夠輕而易舉地將建筑物夷為平地。又如，當航空飛行器以超音速飛行時，會發生很強的轟鳴聲和震動感，其力度足以震破門街的玻璃，這些現象都是沖擊波攜帶的能量所致。

聚焦技術是根據沖擊波的聚焦特性，綜合利用物理學和幾何學原理設計的創新性技術。沖擊波的特性類似于聲波的特性。在古代，曾有個別聚焦聲能的實例。據記載，吉希臘人在酒神節期間，把一些敵犯關押進拱頂房后，在地下室內竊聽其談話內容以獲取情報。另如，在18世紀的物理陳列室有一種聲波反射鏡，可將懷表行針時的嘀嗒聲傳播到20m之外觀測者的耳中。這些實例說明，聲響高頻波特別易于聚焦。

沖擊波的聚焦與否對沖擊波的運用有著極大的影響，尤其是極高的峰壓。未經聚焦的沖擊波是散射式的，其波形呈現為前沿陡峭其后緩慢下降的壓力脈沖，壓力上升時間約為 40ns，但沖擊波峰壓僅為 7MPa；

未經半橢球反射體聚焦的沖擊波壓力-時間圖

而經半橢球反射體聚焦的沖擊波則是一個具有尖峰的高壓脈沖，整個沖擊波持續時間約為 10us，沖擊波峰壓可達 100MPa，負壓波的最大幅度為正壓波的10%~50%。聚焦沖擊波不僅能在遠離沖擊波發生源的受治部位集中了最高的沖擊能量，達到非侵人式治療的目的，而且降低了進入體表的能流密度，從而減輕了皮膚痛感及組織損傷的程度。毫無疑問，聚波技術對于實現體外非接觸式碎石起著決定性作用。沒有聚波技術就沒有沖擊波碎石術和沖擊波療法。

經半橢球反射體聚焦的沖擊波壓力-時間圖

碎石機通過各種手段實現聚焦，包括使用反射杯、聲透鏡和球形曲面光源。不管使用何種方法，聚波原理是相似的。對于理論上最佳的聚焦設計而言，聲音是可以從各個角度進人，衍射對于一個波長的聚焦區域的尺寸產生約束。對于碎石術中使用的實際聚焦方案而言，聲音僅來自一個方向，焦點區域的尺寸可以從幾毫米到幾十亳米。

沖擊波產生之后，需要一種介質將其能量經皮膚穿過逐層組織到達治療目標。這種介質的物理性質應與人體軟組織相近，否則，它不僅會衰減沖擊波的傳播，而且有可能造成組織損傷。例如，在河塘內進行水下爆炸時，塘中的魚易被炸死，而大部分蝦卻安然無恙。原因在于，魚的魚鰾內含有大量氣體，其聲阻抗與水差別很大，易受損傷；而蝦體內幾乎全是實質性軟組織，與水的聲阻抗接近，因而能在劇烈的沖擊波環境下生存。

由于水的物理性質與人體軟組織相近，在物理學上，可將人體軟組織視為生理鹽水。沖擊波在生物軟組織與水之間的傳播如同在一個均質場傳播一樣，能夠有效地進入體內。因此，在沖擊波碎石術和沖擊波治療中，水是用作沖擊波傳播介質的最佳選擇，同理，在治療時，也應盡量避免沖擊波進人含氣臟器。

機體組織和不同物質的物理性質

當用沖擊波治療體內的尿石或膽石時，結石的破碎可以通過兩種方式來完成，一種是大能量式迅速粉碎（沖擊波強度＞＞材料破壞的極限強度）：另一種則是小能量式緩慢粉碎（沖擊強度≈材料破壞極限強度）。

碎石機制示意圖

在總能量相等的條件下，前一種大能量方式的碎石特點是結石碎得快，但碎塊大，組織損傷較重。由于任何一種臨床療法的對象是人，即使某種治療方式效率再高，如不顧及組織的損傷程度，都將毫無意義，沖擊波碎石也不例外。后一種方式可使結石在連續而適中的小能量脈沖作用下，逐漸開裂、解體、破碎，終至形成細砂，同時又可將組織的損傷程度減至最小。誠然，這是一種兩全選擇。

（孫西釗）