生物组织光学窗口

血液中含有两种形式的血红蛋白：氧合血红蛋白(${\displaystyle HbO_{2}\,}$)与氧分子结合，而脱氧血红蛋白(${\displaystyle Hb\,}$) 则不与氧分子结合。图1显示了归一化后的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收光谱。在420纳米、580纳米处，(${\displaystyle Hb\,}$) 分别达到最大和次大的摩尔消光系数峰值，在580纳米以上其消光则随波长上升而下降；(${\displaystyle HbO_{2}\,}$)表现出类似的趋势，不同的是其在410纳米处达到最大消光峰，在550纳米和600纳米处达到次大消光峰。而在600纳米以上波长，(${\displaystyle HbO_{2}\,}$)摩尔消光系数的降低要比(${\displaystyle Hb\,}$) 更快。${\displaystyle Hb\,}$与${\displaystyle HbO_{2}\,}$摩尔消光系数曲线相交的点称为等吸收点。

原则上，通过测定一份血样在两个不同波长下的吸收系数，就可以根据下式计算出血样中氧合血样蛋白${\displaystyle HbO_{2}\,}$和脱氧血红蛋白${\displaystyle Hb\,}$的浓度：

${\displaystyle \mu _{a}(\lambda _{1})=\ln(10)\varepsilon _{HbO2}(\lambda _{1})C_{HbO2}+\ln(10)\varepsilon _{Hb}(\lambda _{1})C_{Hb}\,}$

${\displaystyle \mu _{a}(\lambda _{2})=\ln(10)\varepsilon _{HbO2}(\lambda _{2})C_{HbO2}+\ln(10)\varepsilon _{Hb}(\lambda _{2})C_{Hb}\,}$

图2：水的吸收光谱[4]。

其中，${\displaystyle \lambda _{1}\,}$和${\displaystyle \lambda _{2}\,}$表示两个不同的波长；${\displaystyle \varepsilon _{HbO2}\,}$和${\displaystyle \varepsilon _{Hb}\,}$分别是${\displaystyle HbO_{2}\,}$和${\displaystyle Hb\,}$的摩尔消光系数；${\displaystyle C_{HbO2}\,}$和${\displaystyle C_{Hb}\,}$则分别是${\displaystyle HbO_{2}\,}$和${\displaystyle Hb\,}$的浓度。血氧饱和度（${\displaystyle SO_{2}\,}$）可表示为

${\displaystyle SO_{2}={\frac {C_{HbO2}}{C_{HbO2}+C_{Hb}}}}$

尽管水对于可见光几乎透明，但在近红外区则有着较强的吸收。考虑到组织中水所占的比例之高，水也就成了影响组织光学穿透性的关键组分之一。水在250-1000纳米范围内的吸收光谱见图2。

对组织总吸收贡献较小的其他组分则包括了黑色素和脂肪等。

图3：真黑色素和褐黑素的消光光谱[5]。

黑色素是一种存在于皮肤中表皮层内的发色团，能够避免组织受到有害的紫外线照射。当黑素细胞受到阳光照射刺激时，就会产生黑色素[6]。在某些组分中，黑色素是最强的光吸收体，不过由于浓度较低，其对总吸收的贡献往往小于其他组分。黑色素可以分为两类：黑/棕色的真黑色素和红/黄色的褐黑素[7]。二者的消光光谱见图3。

尽管吸收较弱，脂肪也是组织中浓度较高的组分之一（10%-40%）。哺乳动物的脂肪吸收光谱很少被报道，图4显示了经过提纯的猪油的吸收光谱。

图4：猪油的吸收光谱[8]。