中國(guó)科學(xué)院電工研究所 邢福生

人的身體比石頭還硬嗎！朋友們會(huì)說(shuō)：這是一個(gè)不言而喻的問(wèn)題，當(dāng)然石頭硬了，這還用問(wèn)嗎？用問(wèn)，因?yàn)檫@里有學(xué)問(wèn)。君不見(jiàn)在上世紀(jì)八十年代以后，各大醫(yī)院紛紛貼出廣告：不用手術(shù)，治療腎結(jié)石。治療方法是一種被稱為“體外沖擊波碎石機(jī)”的治療儀器，用沖擊波穿過(guò)人體的皮肉和器臟壁，將腎內(nèi)的石頭打碎，然后隨尿液排出體外。
這就怪了，如此強(qiáng)的沖擊波，能把石頭打碎，而人體的皮肉和器臟卻完好（即便有一些微小的損傷，也是可恢復(fù)的），難道真的是人的皮肉比石頭還硬？顯然不是，但這里有科學(xué)、有人類的智慧。
體外沖擊波碎石思想是由國(guó)外首先提出，但是沒(méi)有得到技術(shù)細(xì)節(jié)和臨床醫(yī)學(xué)理論。1983年中國(guó)科學(xué)院電工研究所張祿遜研究員主持的此項(xiàng)研究工作開(kāi)始，經(jīng)理論分析和實(shí)驗(yàn)，在醫(yī)學(xué)理論上解決了沖擊波能穿透人體組織破碎體內(nèi)的結(jié)石，而對(duì)人體不造成不可逆的損傷問(wèn)題，并通過(guò)醫(yī)學(xué)模擬試驗(yàn)研究，最終獲得成功，1987年獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
這臺(tái)儀器主要有四大部分構(gòu)成，即沖擊波發(fā)生系統(tǒng)，沖擊波傳導(dǎo)系統(tǒng)、結(jié)石定位系統(tǒng)和操作監(jiān)視系統(tǒng)，是多項(xiàng)高技術(shù)的組合。它的基本原理是利用水下電極的尖端，通過(guò)瞬間高壓放電產(chǎn)生沖擊波，沖擊波經(jīng)半橢圓球反射體聚焦后，通過(guò)水的傳播進(jìn)入人體，其能量作用于第二焦點(diǎn)，在X線機(jī)或B超儀構(gòu)成的定位系統(tǒng)的協(xié)助下，將解釋準(zhǔn)確定位在第二焦點(diǎn)上，結(jié)石在沖擊波的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的多次聯(lián)合作用下粉碎。
我們重點(diǎn)談一下為什么能碎石而不傷及人體。這里科學(xué)家巧妙地運(yùn)沖擊波在傳遞中的一些特性。
所利用的第一個(gè)特性是沖擊波的傳遞在不同的介質(zhì)中是不一樣的，在水中最為理想，在水中沖擊波能最耗損最少，而在空氣中能量耗損極大。因此治療時(shí)病人仰臥于水，因?yàn)槿梭w組織與水的特性阻抗相近，沖擊波經(jīng)水傳入人體時(shí)能量最耗損很少，也就是沒(méi)轉(zhuǎn)變成熱能和力能，沖擊波迅速進(jìn)入人體而到達(dá)結(jié)石，而對(duì)組織不造成損傷。
所利用的第二個(gè)特性是沖擊波在兩種聲阻抗不同的傳播媒質(zhì)（人體組織與結(jié)石）的界面發(fā)生反射，在這個(gè)過(guò)程中使結(jié)石產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)石破碎。兩種媒質(zhì)的特性阻抗的差別越大，應(yīng)力就越大，人體組織與結(jié)石的密度等特性差別很大，所以結(jié)石結(jié)構(gòu)很容易破壞。
經(jīng)進(jìn)一步研究，現(xiàn)在依據(jù)沖擊波能夠像穿透水一樣順利穿透某些膠類物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員設(shè)計(jì)出了病人治療時(shí)無(wú)需躺在水中、無(wú)需麻醉的干式水囊式碎石機(jī)，并在臨床取得了成功。