生物組織光學窗口

近紅外 (NIR) 窗口（也稱為光學窗口或治療窗口）定義了從 650 到 1350 納米 (nm) 的波長范圍，其中光在組織中具有xxx穿透深度。 在 NIR 窗口內，散射是最主要的光與組織相互作用，因此傳播的光會迅速擴散。 由于散射增加了光子在組織內傳播的距離，因此光子吸收的可能性也增加了。 由于散射對波長的依賴性較弱，因此 NIR 窗口主要受血液在短波長處的光吸收和水在長波長處的光吸收限制。 使用此窗口的技術稱為 NIRS。 熒光圖像引導手術等醫學成像技術通常利用 NIR 窗口來檢測深層結構。

吸收系數 定義為每單位路徑長度組織中光子吸收的概率。 不同的組織成分有不同的 μ a 值。 此外，μ a 是波長的函數。 下面討論的是組織中最重要的發色團的吸收特性。 摩爾消光系數 是另一個用于描述組織中光子吸收的參數。 通過將 ε 乘以摩爾濃度和 ln(10)，可以將 ε 轉換為 μ a 。

血液由兩種不同類型的血紅蛋白組成：氧合血紅蛋白 ( H b O 2 {\displaystyle HbO_{2}} ) 與氧氣結合，而脫氧血紅蛋白 ( H b {\displaystyle Hb} ) 不與氧氣結合。 這兩種不同類型的血紅蛋白表現出不同的吸收光譜，通常用摩爾消光系數表示。Hb 的摩爾消光系數在 420 nm 處有最高吸收峰，在 580 nm 處有第二個峰。 隨著光波長的增加，其光譜逐漸減小。 另一方面，H b O 2 {\displaystyle HbO2} 在 410 nm 處顯示出最高吸收峰，并在 550 nm 和 600 nm 處顯示出兩個次級峰。 當光波長通過 600 nm 時，H b O 2 {\displaystyle HbO_{2}} 吸收衰減比 Hb 吸收快得多。 H b {\displaystyle Hb} 和 H b O 2 {\displaystyle HbO_{2}} 的摩爾消光系數譜相交的點稱為等吸光點。

通過使用兩種不同的波長，可以計算出氧合血紅蛋白 ( C H b O 2 {\displaystyle C_{HbO2}} ) 和脫氧血紅蛋白 ( C H b {\displaystyle C_{Hb}} ) 的濃度

雖然水在可見光范圍內幾乎是透明的，但它在近紅外區域變得吸收。 水是關鍵成分，因為它在人體組織中的濃度很高。 水在 250 至 1000 nm 范圍內的吸收光譜。盡管在此光譜范圍內吸收相當低，但它仍然有助于組織的整體衰減。

對組織的總吸收光譜貢獻較小的其他組織成分是黑色素和脂肪。

黑色素是一種存在于人體皮膚表皮層中的發色團，負責保護免受有害紫外線輻射。 當黑色素細胞受到太陽輻射的刺激時，就會產生黑色素。 黑色素是某些生物組織中主要的光吸收劑之一（盡管其貢獻小于其他成分）。 黑色素有兩種類型：黑褐色的真黑素和紅黃色的褐黑素。