【作者简介】

孫西釗，南京大学教授与博导，国务院特津专家；连续四版八年制《外科学》编委；获三项国家药监局大型医疗产品注册证；主要社会贡献和科技转化：

（1）运用科学方法证实了“三鹿奶粉”引发婴幼儿结石的因果关系，采用药物溶石成功治愈了结石患儿，成为救治29.4万例发病儿童有效、无创、经济的方法。

（2）研发首台冲击波复式脉冲碎石波源；发明结石智能分析系统（国际原创），目前已有700多台在全国各大医院使用。

（3）建立了国内第一家标准化结石理化分析中心（现任中心的技术与学术顾问），在全国范围普及了结石成分分析技术

第一节  冲击波碎石术的最初构想与早期研究

泌尿系结石不仅是常见病，而且也是一种古老的疾病。1901年，英国考古学家Smith在埃及一座古墓中，发现了一具木乃伊体内的膀胱结石，据推算，距今已有7000多年。

在医学史上，截石术是治疗尿石病最古老的外科方法之一。远在公元前12世纪，就有人开始施行经会阴截石术。古希腊名医希波格拉底在其著名的医德誓言中唯一提到的医学技术就是截石术，他说：“I will not cut，even for the stone”。几千年来，人类一直在力图征服泌尿系统结石。虽然开放式手术取石是最重要最有效的治疗手段，但其最大的弊端是组织损伤较大，恢复期长，术后结石复发率很高，而且难以根治。

随着科技的发展，人们也曾尝试用其它物理或化学等方法来治疗结石。早在1905年，斯韦德伯瑞发现，液中放电可以产生强大的冲击波，人们把这种现象称作液电效应。1950年，苏联乌克兰加盟共和国基辅大学的工程师尤特金开始利用这种液电效应进行碎石。

但由于他不久被苏联政府流放，致使这一技术的发展耽搁十年之久。此后几经改进，尤特金终于设计出了Upat-1型液电式碎石器，通过膀胱镜将其插入膀胱粉碎结石。70年代初期，德国人Riwolith也成功研发了类似的液电碎石器用于腔镜下碎石。 

在1951至1985年间，多位研究者(Mulvaney 1953; Haüsler & Kiefer 1971;Haüsler 1985)利用持续超声波进行泌尿系结石和胆结石的非直接接触碎石实验。由于碎石的同时也使活体组织受到严重的损伤，体外超声碎石并没有得到进一步的发展和应用。

关于体外冲击波碎石，真正具有划时代意义的研究起源于前西德。但德国人最初研究冲击波的意图只是出于军事目的。在二战期间，人们观察到，一些海上遇难者没有遇到直接外部暴力，其肺部组织亦可因深水炸弹的爆炸而破裂，并在当时首次进行了文献报道。另一个常见的典型实例是，当炮弹击中坦克炮塔时，内部机组人员往往会罹受各种损伤，主要原因是伤员的位置与冲击波穿透炮塔的入点和分布有关。

为此，早在20世纪50年代，人们就开始了深入研究气态冲击波对活体的破坏作用，当时也附带研究了液态冲击波对实验动物的生物效应，结果表明，冲击波对肺、肠有一定影响，但基本不会伤及肾、膀胱和肌肉。同时，人们还发现，液电引发的冲击波能击碎浸入水中的陶瓷。

1960年，前西德Saarbrücken大学的Häusler教授小组还着手研究了弹性波在固体、液体中传播的物理现象及其对液中固体应力行为的影响。当时证明，固体物质的体积和脆性是影响冲击波粉碎效果的主要参数。

前西德的多尼尔公司拥有一批专门从事航空航天研究的物理学家和工程师，1963年，他们在研究超音速飞行器材料损伤的机制时，发现了冲击波的影响。例如，天空中的雨滴和宇宙中的尘埃撞到卫星或宇宙飞船后，反弹时的压强可达16000MPa，同时还可产生一种冲击波。冲击波可传播至远离撞击之处，虽然飞船的表面似乎完好无损，但深部已产生裂纹。

另外，超音速飞机在飞行时也会产生气态冲击波，如果这种冲击波被机身某一部位的轮廓反常聚焦后，再透射到机身的另一部位时，则会加速该处异样性金属疲劳，最终导致飞行器毁坏。为此，他们在实验室环境中用轻气枪来模拟这些物理效应，最终认为，冲击波产生的“水锤式压力”是破坏飞行材料的“元凶”。

固态冲击波对人体的作用是偶然被发现的。1966年，多尼尔公司的一位工程师在一次实验研究中，在一高速抛物体穿透钢靶时的瞬间恰好触靶，当即就有一种触电的感觉，不过，手臂上的接触部位并无受损痕迹。当时怀疑可能是电作用所致，但随后的测试并未发现任何电荷。其实电击感正是冲击波穿过这位工程师的手臂所造成的。这一偶然的发现使研究人员在随后几年里逐渐认识到这是冲击波对人体组织产生的效应。

1969年，在一次多尼尔内部职员平常的家庭沙龙上，一位工程师的妻子，身为内科医生，在交谈中偶发奇想，提出能否利用冲击波来粉碎人体的肾结石。于是，物理学家们便萌发了用冲击波治疗肾结石的大胆设想。是年，在前西德国防部资助下，Saarücken大学的Häusler教授和多尼尔公司的Hoff博士领导的小组联手开始了冲击波在医学上应用的研究，课题是冲击波与动物组织之间的相互关系。起初的实验表明，在水中产生的冲击波经水传播到动物体内，经过肌肉组织，脂肪组织或筋膜时，冲击不会引起明显的损伤，能量也并无明显衰减，然而，对声阻差异很大的实质性脏器如肺脏较为敏感。放在体内的脆性材料，如压力传感器探针，也易被冲击波击碎。

在进行了以生物学实验为基础的冲击波用于人体的可行性研究之后，Häusler教授接着用冲击波在玻璃器皿中进行体外肾结石粉碎实验。1971年，在德国物理学会的研讨会上，报道了初期的研究结果：高速水滴产生的冲击波经水传导能够破坏肾结石。

随后冲击波粉碎结石的想法进一步被求证，Häusler教授用自行研制的多能级轻气枪来产生冲击波，最初花了一整天时间却只产生了4个冲击波。后来以5km/s的速度向放置在水中的金属目标射击，射击产生的冲击波以直射波和聚焦波的形式进入放置结石的水中，最终的实验结果发现，直射波只在肾结石上打了一条缝，不能令人满意，而聚焦波能够粉碎结石。

1972年的一天，多尼尔公司的工程师找到慕尼黑Ludwig-Maximilians大学泌尿外科主任Schmiedt教授，寻求在医学上合作研究，可惜Schmiedt因无必需的动物实验条件而只得放弃了这一机会。但他预言，利用冲击波粉碎肾结石将是泌尿外科尿石病史上的一次革命性创举。同时，他还热诚地将这些工程师推荐给大学内的外科研究所所长Brendel教授。双方经过一年多的努力，联手制定了体外冲击波碎石从实验研究到临床应用的一系列研究计划，同时，他们还精心制订了时间进度表，按计划应在1976年进行首次人体实验。

然而，实施这项计划却困难重重。在开始向联邦研究与技术部申请资助时，医科和理工科的跨学科合作就面临着严峻考验。诚然，主要依靠一个从未涉足医疗技术的公司来为这项难度极大的危险项目进行论证和答辩，其难度可想而知。为使这一项目经得起联邦研究与技术部专家委员会的检验，合作小组又精心制订了一系列工作计划和成本预算，并事先认真咨询了有关专家。但在其整个立项阶段，这项计划还是受到了周围批评环境的严重质疑。几经波折，直到1974年1月，体外冲击波碎石才被正式纳入前西德研究与技术部的课题。

同年的10月底，多尼尔公司的Hoff博士与慕尼黑Ludwig-Maximilians大学泌尿外科主任Schmiedt教授和外科研究所的Brendel正式签署技术合作协议。在这项联合研究工作中，多尼尔公司提供冲击波碎石设备；外科研究所承担基础实验研究；最后由泌尿外科进行临床应用研究。

后来，在外科研究所一直从事肾移植实验工作的助理研究员Chaussy也被调入泌尿外科，在Schmiedt教授指导下，开始参与体外冲击波碎石的各项试验工作。泌尿外科的Eisenberger医师最初也曾是一位重要研究者，但因后来调入斯图加特的卡瑟林娜医院，担任泌尿外科主任，此后便终止参加这项实验研究。

当时，如何运用冲击波进行碎石的方案并非一致。Häusler小组认为，先经手术暴露出肾脏之后，再用冲击波粉碎其内的结石；而Munich小组则认为，只有采用从体外产生的冲击波来击碎体内的肾结石，彻底取代传统的手术取石，才能算是突破性成功，为此，他们进行了一系列的技术实验和生物学实验，研究非接触式体外碎石方法。

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