【技术实现步骤摘要】
一种产生高功率中红外飞秒脉冲激光的胰腺肿瘤消融系统
[0001]本专利技术涉及固体超快激光
，具体涉及一种产生高功率中红外飞秒脉冲激光的胰腺肿瘤消融系统。
技术介绍
[0002]热消融作为一种微创治疗的手段目前已被广泛应用于肿瘤的局部介入治疗中。激光消融(laser ablation,LA)作为热消融的方法之一，与射频消融(radio frequency ablation,RFA)和微波消融(microwave ablation,MWA)相比，以消融目标精准、止血效果良好等独特优势，近年来在各种肿瘤消融治疗中已有广泛的成功案例。飞秒激光肿瘤消融因其非接触性、较高的消融效率以及安全性，辅以自动化控制技术以及成像监测技术能够实现精确操控，在肝脏、肺和甲状腺等肿瘤手术中已经发挥了重要作用，但在中红外波段未得到广泛的应用。实际上，胰腺肿瘤(蛋白质类、磷酸盐类)以及水分子的共振频率大都位于中红外波段(胰腺肿瘤组织在6um附近有很强的吸收峰)，同时飞秒激光其产生的超短脉冲与材料作用时间极短，不会给材料周边带来热影响，因此利用中红外飞秒激光与胰腺肿瘤分子共振可以实现数微米量级的横向损伤以及数毫米量级的消融深度。中红外飞秒激光肿瘤消融由于作用精准、损伤小等独特优势在高危部位或特殊位置的肿瘤治疗中发挥着不可替代的作用，也是目前实体肿瘤消融术中公认的并发症最少的一种。产生中红外波段飞秒激光具有困难，这极大限制了其在肿瘤消融上的研究，由于增益介质中跃迁能级的限制，常见激光器的输出波长固定且大部分都限制在近红外和可见光(0.3>‑
2μm)范围，远离肿瘤组织的共振峰，切割深度在10μm量级。利用能量带隙大、透射范围宽以及双光子吸收较弱的LiGaS2晶体中非线性参量转换获得中红外飞秒激光(3
‑
9μm)的方法具有转换效率高、相位匹配灵活以及增益带宽大诸多优点，可产生高平均功率、带宽连续可调谐中红外飞秒激光。利用1030nm泵浦可以进一步提升由近红外参量转换到中红外脉冲光的输出能量和平均功率。综上，随着定位和疗效评估技术的飞速发展，基于共振吸收的中红外飞秒激光将在各种实体瘤的治疗中发挥重要作用，造福更多肿瘤患者。现有技术存在的最主要问题是：缺乏桌面级的中红外飞秒脉冲产生装置用以开展更为广泛的研究。自由电子激光器同样能够产生中红外飞秒激光的光源，但其装置千米级规模且使用成本及其维护费昂贵。目前尚未出现基于光参量放大且能够小型化、经济化的中红外系统用于肿瘤消融。
[0003]掺杂离子是指将外来的某种离子引入到晶体中的一种方法。当掺杂离子被引入到晶体中时，会改变晶格结构和原子间的相互作用，从而导致晶体的电子能级发生变化。对于产生中红外辐射来说，常用的固态激活离子包括稀土离子(Tm
3+
、Ho
3+
、Er
3+
等)和过渡金属离子(Fe
2+
、Cr
2+
等)。当有外界光照射到这样的掺杂离子晶体中时，掺杂离子会吸收光能并跃迁到激发态，并在一段时间后通过非辐射跃迁退激回基态。在这个过程中，掺杂离子会释放出位于中红外波段的辐射能量。通过适当选择掺杂离子和晶体材料以及优化晶体结构，可以实现在不同波长范围内的中红外辐射的产生。但是常见掺杂离子直接发射产生中红外波段的激光器的输出波长固定且大都限制在近红外和可见光(0.3
‑
2μm)范围，且温度效应比
较严重，发热量大，转换效率相对较低。
[0004]传统的半导体激光器是通过电子和空穴的复合，使辐射出的光子形成激光。量子级联技术出现以后，使得量子效率与输出功率可以进一步获得提升，与此同时延伸了输出激光的波长区间。半导体材料具有特殊的能带结构，包括价带和导带。中红外激光器通常利用III
‑
V族化合物半导体材料，如GaN、InP等。通过电池或其他外部设备将电流注入到半导体材料中，使得电子从价带跃迁到导带中，形成自由载流子。在半导体层中，自由载流子(电子及空穴)在碰撞、散射的作用下进行复合。当一个自由载流子遇到另一个相应的自由载流子时，它们会发生非辐射复合，释放出热量，也可以从电子态返回到价带。当自由载流子在半导体中复合时，可能会跃迁到较低能级的状态并释放光子。这些光子经过多次反射和放大后，在激光腔中形成光的增强，最后产生激光。虽然此类器件效率高，输出波长范围广，但是输出功率比较低，波长可调性有限，而且需要在低温环境运行。
[0005]手术创伤：射频消融需要在患者体内放置射频电极来进行治疗，这可能导致穿刺创伤。虽然这种创伤通常很小，但仍可能引起疼痛、感染和出血等并发症。肿瘤复发风险：射频消融可以有效地摧毁肿瘤细胞，但它可能无法彻底清除所有肿瘤组织。如果残留的肿瘤细胞没有被完全消灭，可能会导致肿瘤复发或转移。限制在特定肿瘤类型和位置：射频消融适用于一些较小的、局部化的肿瘤，如肝癌和肺癌。对于较大的或无法轻松接近的肿瘤，射频消融可能不太适用。
技术实现思路
[0006]针对上述问题，本专利技术提供一种产生高功率中红外飞秒脉冲激光的胰腺肿瘤消融系统。
[0007]本专利技术采用下述的技术方案：
[0008]一种产生高功率中红外飞秒脉冲激光的胰腺肿瘤消融系统，其特征在于，包括高功率泵浦源、信号脉冲光产生模块、近红外光学参量放大模块、中红外光学参量放大模块、胰腺肿瘤消融模块；
[0009]所述高功率泵浦源产生的飞秒脉冲光通过第一半波片和第一薄膜偏振片之后，分为第一束光和第二束光；
[0010]所述信号脉冲光产生模块对第一束光进行频谱展宽得到信号脉冲光，并传输到近红外光学参量放大模块；
[0011]所述近红外光学参量放大模块对信号脉冲光和第二束光合束后将信号脉冲光进行放大，分离第二束光后得到近红外脉冲光，并将近红外脉冲光传输到中红外光学参量放大模块；
[0012]所述中红外光学参量放大模块对近红外脉冲光和第二束光合束后将近红外脉冲光进行放大，分离第二束光后得到中红外脉冲光，并将中红外脉冲光传输到胰腺肿瘤消融模块；
[0013]所述胰腺肿瘤消融模块通过光纤将中红外脉冲光导入胰腺肿瘤组织进行消融。
[0014]进一步的，所述信号脉冲光产生模块包括依次设置的光阑、第一平凸透镜、YAG晶体、第二平凸透镜、长通滤光片；YAG晶体进行频谱展宽得到信号脉冲光；第二平凸透镜用于准直。
[0015]进一步的，所述近红外光学参量放大模块包括信号脉冲光沿第三平凸透镜传播，在第一二向色镜进行合束；第二束光沿时间延迟装置、第四平凸透镜传播，在第一二向色镜进行合束；还包括在第一二向色镜后依次设置的第一LGS晶体、第五平凸透镜；所述第一LGS晶体放大信号脉冲光；第五平凸透镜用于准直。
[0016]进一步的，所述中红外光学参量放大模块包括近红外脉冲光沿第六平凸透镜传播，在第三二向色镜合束；第二束光沿时间延迟装置、第七平凸透镜传播，在第三二向色镜合束；还包括在第三二向色镜后依次设置的第二LGS晶体、第八平凸透镜；所述二LG本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种产生高功率中红外飞秒脉冲激光的胰腺肿瘤消融系统，其特征在于，包括高功率泵浦源(1)、信号脉冲光产生模块、近红外光学参量放大模块、中红外光学参量放大模块、胰腺肿瘤消融模块；所述高功率泵浦源(1)产生的飞秒脉冲光通过第一半波片(2)和第一薄膜偏振片(3)之后，分为第一束光和第二束光；所述信号脉冲光产生模块对第一束光进行频谱展宽得到信号脉冲光，并传输到近红外光学参量放大模块；所述近红外光学参量放大模块对信号脉冲光和第二束光合束后将信号脉冲光进行放大，分离第二束光后得到近红外脉冲光，并将近红外脉冲光传输到中红外光学参量放大模块；所述中红外光学参量放大模块对近红外脉冲光和第二束光合束后将近红外脉冲光进行放大，分离第二束光后得到中红外脉冲光，并将中红外脉冲光传输到胰腺肿瘤消融模块；所述胰腺肿瘤消融模块通过光纤将中红外脉冲光导入胰腺肿瘤组织进行消融。2.根据权利要求1所述一种产生高功率中红外飞秒脉冲激光的胰腺肿瘤消融系统，其特征在于，所述信号脉冲光产生模块包括依次设置的光阑(8)、第一平凸透镜(9)、YAG晶体(10)、第二平凸透镜(11)、长通滤光片(12)；YAG晶体(10)进行频谱展宽得到信号脉冲光；第二平凸透镜(11)用于准直。3.根据权利要求1所述一种产生高功率中红外飞秒脉冲激光的胰腺肿瘤消融系统，其特征在于，所述近红外光学参量放大模块包括信号脉冲光沿第三平凸透镜(13)传播，在第一二向色镜(14)进行合束；第二束光沿时间延迟装置、第四平凸透镜(15)传播，在第一二向色镜(14)进行合束；还包括在第一二向色镜(14)后依次设置的第一LGS晶体(19)、第五平凸透镜(20)；所述第一LGS晶体(19)放大信号脉冲光；第五平凸透镜(20)用于准直。4.根据权利要求1所述一种产生高功率中红外飞秒脉冲激光的胰腺肿瘤消融系统，其特征在于，所述中红外光学参量放...
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