声波碎结石 (声波碎石肾结石)

超声波具有能量,可以击碎物体。因此,超声波被用于破除肾结石。

和人说话一样,声波是朝着各个方向传播的,要破除肾结石的同时又不殃及身体的其它组织器官,就必须使声波会聚到一个点上,实现“定点清除”,但是声波又不是光线,凸透镜对它不起作用。

声波消除结石,超声波击碎肾结石有危害吗

如何巧妙地将声波会聚到一个点上呢?

要弄明白这个原理,让我们先来看一个有关椭圆的有趣的实验。

如下图所示,将一根光滑细线的两头分别系在椭圆的两个焦点上,再将一个溜溜球挂在细线上,细线的长度恰好能使溜溜球落在椭圆轨道上的话,根据对称性,等到这个溜溜球静止的时候,两条线段分别与水平线构成的一左一右的两个夹角一定是相等的。

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用手,斜拉椭圆的一角,使其歪斜,则溜溜球会顺势滚动,直到两条线段分别与水平线构成的一左一右的两个夹角仍然相等为止(因为不相等的话,这个溜溜球就会滚动起来)。

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由此,可以看出椭圆的一个重要的特点,若物体、光线、声波从椭圆的一个焦点射出,经椭圆内壁反射后,反射体的反射方向必然指向另一个焦点。

重庆科技馆里有一个叫做“百发百中”的科普趣味教具,如下图所示。

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无论将这个小物体朝哪个方向击打出去,经椭圆的内壁反弹后都会经过另一个焦点。

正是利用椭圆的以上性质,人们设计了一种超声波破碎肾结石的仪器,其原理如下图所示。

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让肾结石位于椭圆的一个焦点上,在另一个焦点(即上图中的F1)位置处释放高能的脉冲式超声冲击波,经椭圆面反射后不仅仅会聚于肾结石所在的位置处,同时发出的超声波还会在相同时刻会师于F2处,从而积聚足够的能量,进而将结石击碎。而人体的其它肌肉组织由于接受到的是“非聚集状态”的超声波,因而受到的伤害可以忽略不计。因此,该方法具有无创、无痛、无毒、无副作用、省时等优势,临床上得到了广泛的应用。

一个小小的椭圆的性质,竟被创意性地应用于医学,从而造福人类。不得不说,人是智慧的,大自然是奇妙的,这种智慧与奇妙的邂逅,正是科学美丽动人的地方。