生物组织光学窗口

近红外 (NIR) 窗口（也称为光学窗口或治疗窗口）定义了从 650 到 1350 纳米 (nm) 的波长范围，其中光在组织中具有xxx穿透深度。 在 NIR 窗口内，散射是最主要的光与组织相互作用，因此传播的光会迅速扩散。 由于散射增加了光子在组织内传播的距离，因此光子吸收的可能性也增加了。 由于散射对波长的依赖性较弱，因此 NIR 窗口主要受血液在短波长处的光吸收和水在长波长处的光吸收限制。 使用此窗口的技术称为 NIRS。 荧光图像引导手术等医学成像技术通常利用 NIR 窗口来检测深层结构。

吸收系数 定义为每单位路径长度组织中光子吸收的概率。 不同的组织成分有不同的 μ a 值。 此外，μ a 是波长的函数。 下面讨论的是组织中最重要的发色团的吸收特性。 摩尔消光系数 是另一个用于描述组织中光子吸收的参数。 通过将 ε 乘以摩尔浓度和 ln(10)，可以将 ε 转换为 μ a 。

血液由两种不同类型的血红蛋白组成：氧合血红蛋白 ( H b O 2 {\displaystyle HbO_{2}} ) 与氧气结合，而脱氧血红蛋白 ( H b {\displaystyle Hb} ) 不与氧气结合。 这两种不同类型的血红蛋白表现出不同的吸收光谱，通常用摩尔消光系数表示。Hb 的摩尔消光系数在 420 nm 处有最高吸收峰，在 580 nm 处有第二个峰。 随着光波长的增加，其光谱逐渐减小。 另一方面，H b O 2 {\displaystyle HbO2} 在 410 nm 处显示出最高吸收峰，并在 550 nm 和 600 nm 处显示出两个次级峰。 当光波长通过 600 nm 时，H b O 2 {\displaystyle HbO_{2}} 吸收衰减比 Hb 吸收快得多。 H b {\displaystyle Hb} 和 H b O 2 {\displaystyle HbO_{2}} 的摩尔消光系数谱相交的点称为等吸光点。

通过使用两种不同的波长，可以计算出氧合血红蛋白 ( C H b O 2 {\displaystyle C_{HbO2}} ) 和脱氧血红蛋白 ( C H b {\displaystyle C_{Hb}} ) 的浓度

虽然水在可见光范围内几乎是透明的，但它在近红外区域变得吸收。 水是关键成分，因为它在人体组织中的浓度很高。 水在 250 至 1000 nm 范围内的吸收光谱。尽管在此光谱范围内吸收相当低，但它仍然有助于组织的整体衰减。

对组织的总吸收光谱贡献较小的其他组织成分是黑色素和脂肪。

黑色素是一种存在于人体皮肤表皮层中的发色团，负责保护免受有害紫外线辐射。 当黑色素细胞受到太阳辐射的刺激时，就会产生黑色素。 黑色素是某些生物组织中主要的光吸收剂之一（尽管其贡献小于其他成分）。 黑色素有两种类型：黑褐色的真黑素和红黄色的褐黑素。