中国科学院电工研究所 邢福生

人的身体比石头还硬吗！朋友们会说：这是一个不言而喻的问题，当然石头硬了，这还用问吗？用问，因为这里有学问。君不见在上世纪八十年代以后，各大医院纷纷贴出广告：不用手术，治疗肾结石。治疗方法是一种被称为“体外冲击波碎石机”的治疗仪器，用冲击波穿过人体的皮肉和器脏壁，将肾内的石头打碎，然后随尿液排出体外。
这就怪了，如此强的冲击波，能把石头打碎，而人体的皮肉和器脏却完好（即便有一些微小的损伤，也是可恢复的），难道真的是人的皮肉比石头还硬？显然不是，但这里有科学、有人类的智慧。
体外冲击波碎石思想是由国外首先提出，但是没有得到技术细节和临床医学理论。1983年中国科学院电工研究所张禄逊研究员主持的此项研究工作开始，经理论分析和实验，在医学理论上解决了冲击波能穿透人体组织破碎体内的结石，而对人体不造成不可逆的损伤问题，并通过医学模拟试验研究，最终获得成功，1987年获得国家科学技术进步一等奖。
这台仪器主要有四大部分构成，即冲击波发生系统，冲击波传导系统、结石定位系统和操作监视系统，是多项高技术的组合。它的基本原理是利用水下电极的尖端，通过瞬间高压放电产生冲击波，冲击波经半椭圆球反射体聚焦后，通过水的传播进入人体，其能量作用于第二焦点，在X线机或B超仪构成的定位系统的协助下，将解释准确定位在第二焦点上，结石在冲击波的拉应力和压应力的多次联合作用下粉碎。
我们重点谈一下为什么能碎石而不伤及人体。这里科学家巧妙地运冲击波在传递中的一些特性。
所利用的第一个特性是冲击波的传递在不同的介质中是不一样的，在水中最为理想，在水中冲击波能最耗损最少，而在空气中能量耗损极大。因此治疗时病人仰卧于水，因为人体组织与水的特性阻抗相近，冲击波经水传入人体时能量最耗损很少，也就是没转变成热能和力能，冲击波迅速进入人体而到达结石，而对组织不造成损伤。
所利用的第二个特性是冲击波在两种声阻抗不同的传播媒质（人体组织与结石）的界面发生反射，在这个过程中使结石产生应力，导致结石破碎。两种媒质的特性阻抗的差别越大，应力就越大，人体组织与结石的密度等特性差别很大，所以结石结构很容易破坏。
经进一步研究，现在依据冲击波能够像穿透水一样顺利穿透某些胶类物质的实验结果，研究人员设计出了病人治疗时无需躺在水中、无需麻醉的干式水囊式碎石机，并在临床取得了成功。