体外冲击波碎石(extracorporealshock wave lithotripsy, ESWL)是利用体外产生的冲击波聚焦击碎体内的结石，包括对泌尿系结石、肝胆系结石、涎腺结石和胰腺导管结石等的粉碎，使之随排泄液排出体外，以治疗结石病的方法。体外冲击波碎石以及由此产生的体外冲击波碎石机是20世纪末医疗界的重大事件，被誉为当代三大尿结石治疗的新技术(输尿管镜,经皮肾镜ESWL)之一。这项20世纪80年代初才诞生的技术在其后的短短几年内便彻底改变了治疗泌尿系结石主要依赖传统开放手术的方法，是泌尿系结石治疗上的革命，目前已被公认为治疗泌尿系结石的有效方法。 冲击波碎石技术的产生是从一偶然萌发的奇想逐步走向一门现代标准式医疗技术的艰辛历程。关于体外冲击波碎石术，真正具有划时代意义的研究起源于德国。德国人最初研究冲击波的意图只是出于军事目的。1980年2 月德国多尼尔公司研制出世界上首台ESWL机，开创了人类医学历史上非开放手术治疗结石的新纪元。 早在古代人们就已经认识到声波能被聚焦这一现象。古希腊人利用这一知识建造地下室以偷听被关进监狱的敌人的谈话。18和19世纪，能够回声或者反射声音的壁橱可以把怀表指针的声音传出超过60英尺远。在二战期间，人们观察到，一些海上遇难者没有被弹片直接击中，其肺部组织亦可因深水炸弹的爆炸而破裂，并在当时进行了首次的文献报道。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催受各种损伤，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，人们就开始了深人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。 一般认为美国的Frank Rieber是第一个申请液电冲击波发生器专利的人(FrankRieber, Nek York，专利号.2.559. 277)。在50年代末研制出电磁式冲击波发生器。 50年代，前苏联学者掌握了体内液电冲击波膀胱碎石技术，但仅为体内碎石技术，内腔镜达不到的部位无法治疗，因此其应用受到很大限制。1960年，德国莎尔大学的Hausler教授发现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。于是Hausler教授着手研究弹性波在固体/液体中传播的物理现象及其对液体中固体应力行为的影响。 1963年，德国多尼尔公司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。为此，他们在实验室环境中用光-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"是破坏飞行材料的真正原因。德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，他重复了这样的过程，确认，只有高速抛物体穿透钢靶时的瞬间恰好触靶，才能有触电的感觉。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手臂所造成的。1966年，通过一偶然发现，研究人员逐渐认识到冲击波对人体组织产生的生物学效应。 1969年，在一次多尼尔内部职员平常的家庭沙龙上，工程师们谈及冲击波可以打碎铝合金的威力，并且冲击波还可以对人体产生作用，一位工程师的妻子是内科医生，经常要诊治肾结石病人，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。当年就在前西德国防部资助下，Saarucken大学的Hausler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。1971年，Hausler教授首次用冲击波在玻璃器皿中进行体外肾结石粉碎实验。最初是用自行研制的多级光一气一冲击波枪来产生冲击波，当时花了一整天时间却只产生了4个冲击波。最终的实验结果只在肾结石上打了一条缝，不能令人满意。后来，Hausler教授首次以生物学实验为基础进行了冲击波研究，他以动物为研究对象。起初Hausler教授的实验表明，在水中产生的冲击波经水传播到动物体内时.能量并无明显衰减.而且对除肺以外器官和组织的影响很小。然而，由于肺是一种含气的实质性脏器，空气一生物组织之间的声阻差异很大，故对冲击波较为敏感。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。对如何运用冲击波进行碎石，当时科学家的观点并不一致如Hausler教授认为，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。 1972年10月底，多尼尔公司的Hoff博士与慕尼黑LudwigMaximilians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医师最初也是一位重要研究者。1974年，多尼尔公司研制出了首台冲击波碎石实验机。这种简易实验装置不带定位系统，放电电极位于半椭球反射缸的第一焦点((F,)处。缸内充满水，缸口用橡胶膜覆盖，聚焦冲击波可穿过这层薄膜及其表面的藕合剂涂层进入上方箱内的水中，进而打击到位于第二焦点(F2)的受试体上。初步实验结果确实令人鼓舞，但是，由于首台冲击波碎石实验机的波源出口覆盖着一层橡胶膜，当冲击波射入受试动物的体内时.橡胶膜会造成冲击能量的衰减。 1976年，研究人员又设计了一种水槽式冲击波碎石实验机，可将受试动物直接放人水中进行冲击波冲击实验。因其没有定位装置，实验成功率很低，所以研究人员又设计了一种带有2个超声探头定位装置的冲击波碎石实验机。在这台新实验机上，主要进行了结石的超声定位实验和对移植到犬肾的人体结石进行了首次体内碎石实验。1976年一1977年间，用B超定位的冲击波碎石实验机对17只肾结石犬进行了大量的定位实验和碎石实验。14天后处死动物，其中13只犬的碎石效果令人满意，而且犬肾没有明显的病理变化。用超声定位虽然能观察到肾和肾盂，但由于其分辨率不高，不能清晰判明结石，实验结论是水下超声定位效果不能令人满意。虽经一年多研究和改进，但结石的超声定位技术仍以失败而告终，此后又改用X光定位。当时最需解决的是结石的三维定位技术和水对X光穿透力的衰减作用。对3只肾内移植了人体结石的犬采用X光定位的实验研究，在犬与球管之间放置了5-13cm厚的水垫，来模拟X光穿过水介质的真实条件。 1978年初，研究者又研制成一台X光定位的水槽式冲击波碎石实验机。它包括冲击波波源和X光定位系统。波源安装在水槽内的可调式支架，以便将波源的第二焦点调至与结石重合，而且放电电极的更换也比较方便; X光定位系统为双束交叉式，旋转方便，定位精确，影像清晰，而且可在冲击波发射过程中监视结石粉碎的情况;另外置位台可进行三维运动，将受试体移至冲击波焦点。在历时7年的基础实验研究中，医生与理工科的合作卓有成效，具有适度峰值的体外冲击波碎石设备的研制已告成功，可以实现非接触式体外冲击波碎石。实验研究结果提示冲击波对生物组织没有明显的损伤。X光定位能够满足精确定位的要求。这些研究成果先后发表在各种刊物上，合作小组成员也为此荣获了1976年度Alken奖。1979年9月，多尼尔公司终于研制成功人类历史上的首台体外冲击波碎石样机，并将其取名为HM 1型碎石机，HM1是humanmachine-1，即人体1型机的缩写。 1980年2月20日，是全世界泌尿外科值得纪念的一日，慕尼黑大学的泌尿外科医师Chaussy在世界上首次用这台HM1型碎石样机治疗了一例肾结石患者，结果令人振奋。来自体外的非接触式冲击波确能击碎体内的结石，而且被冲击波击碎的结石颗粒从尿路自行排出时并未引起绞痛。为慎重起见，起初每月只安排一二例患者接受体外冲击波治疗，而且指征极为严格，仅限于体积较小的非梗阻性肾盂结石。至1982年4月，共有234例肾结石患者接受了HM 1型碎石机冲击波碎石治疗，疗效极佳，而且实验室检查和肾功能测定均未显示肾脏及其周围器官损伤。然而HM1型样机操作较麻烦，每副电极只能击打300次，而且更换电极时，还须将患者从水槽中移出。 1982年5月，又研发出HM2型碎石样机，并在慕尼黑建立了世界上第一个体外冲击波碎石中心，进行更为广泛的临床实验。与HM1相比，HM2型机的操作相对简单，不必在更换电极时将患者从水槽中移出，较为省时省力。HM2型机的应用指征仍然非常严格，仅限于体积小于樱桃且无梗阻的肾盂结石。但令人振奋的是，冲击波治疗的无石率已达90%。虽然HM2型碎石样机还不够完善，有待进一步改进，但在慕尼黑大学医院的临床应用中，已证明了大多数体外冲击波碎石的有效性、安全性和可重复性。1983年3月，也就是在慕尼黑应用冲击波碎石3年后，多尼尔公司将HM2型碎石样机稍加改进，研制出HM3型碎石机。早期从事冲击波碎石研究，后来又调入斯图加特大学医院泌尿外料的Eisenberger教授在该科安装了这台HM3型碎石机，并成立了世界上第二个体外冲击波碎石中心。从此以后，冲击波碎石技术很快就在前西德得到推广和应用。自从冲击波碎石中心在慕尼黑建立之后，世界各地的结石患者慕名纷至踏来，希望用这一新的疗法来解除病痛。 在我国，1982年北京医科大学泌尿外科研究所和中科院声学研究所共同研究此项技术，1984年10月北京医科大学附院与中国科学院电工研究所合作研制成功我国第一台体外冲击波碎石机，1985年首次临床治疗肾结石成功，同年北京、上海等地也相继研制出碎石机。国家科委对这一重大成果结予充分首定，授于国家科技进步一等奖。 1984年3月，美国印第安纳大学泌尿外科也购置和使用了一台多尼尔HM3型冲击波碎石机，这标志着第一台商品化多尼尔HM3型碎石机正式进人医疗市场。同年12月，多尼尔HM3型冲击波碎石机得到美国食品和药品管理局(FDA)的认证，从此，冲击波碎石技术开始以"冲击波"的力度在全球推广开来。