生物组织光学窗口（或近紅外窗口、治療窗口）指的是光在生物组织内穿透深度达到最大值的波长区间，一般处于近红外波长范围内。在，散射是光与组织间最主要的作用形式，导致光在传播过程中迅速弥散。由于散射增大了光子在组织内的传播距离，因而光子为组织所吸收的概率也随之增大。实际上，散射效应随波长变化很小，因此，生物组织光学窗口的范围主要受限于组织的吸收，其下限（短波长一端）由血液吸收所决定，上限（长波长一端）则由水的吸收所决定。对于光学成像和光热治疗等应用而言，选择位于光学窗口波长范围内的合适光源，对于提高成像（治疗）效率、提高穿透深度、降低光致组织损伤，有着十分重要的意义。
生物组织各组分的吸收
吸收系数（\mu_{a} \,）指光子通过单位距离时被吸收的概率。组织的不同组分有着不同的\mu_{a} \,值；同时，\mu_{a} \,还是波长的函数。另外，摩尔消光系数(\varepsilon \,)也是用来衡量组织吸收性质的重要参数，可以从\mu_{a} \,计算得到。组织内不同发色团的吸收性质将在下面讨论。
血液
血液中含有两种形式的血红蛋白：氧合血红蛋白(HbO_2 \,)与氧分子结合，而脱氧血红蛋白(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，(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；(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，(HbO_2 \,)摩尔消光系数的降低要比(Hb \,) 更快。Hb \,与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HbO_2 \,和脱氧血红蛋白Hb \,的浓度：
:\mu_a(\lambda_1) = \ln(10)\varepsilon_{HbO2}(\lambda_1)C_{HbO2}+\ln(10)\varepsilon_{Hb}(\lambda_1)C_{Hb} \,
:\mu_a(\lambda_2) = \ln(10)\varepsilon_{HbO2}(\lambda_2)C_{HbO2}+\ln(10)\varepsilon_{Hb}(\lambda_2)C_{Hb} \,
其中，\lambda_1 \,和\lambda_2 \,表示两个不同的波长；\varepsilon_{HbO2} \,和\varepsilon_{Hb} \,分别是HbO_2 \,和Hb \,的摩尔消光系数；C_{HbO2} \,和C_{Hb} \,则分别是HbO_2 \,和Hb \,的浓度。血氧饱和度（SO_2 \,）可表示为
:SO_2=\frac {C_{HbO2}} {C_{HbO2}+C_{Hb}}
水
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。
黑色素
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。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。二者的消光光谱见图3。
脂肪
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。
生物组织各组分的散射
光学散射发生在组织内部折射率发生变化处，而这可能出现在从细胞膜到细胞内部的任何地方。一般来说，细胞核和线粒体是细胞中最重要的散射体。]]
其中\mu^'_s称为传播散射系数，定义为
:\mu'_s=\mu_s (1-g) \,
这里g表示组织的各向异性，一个典型的取值是0.9。图5显示了乳房组织中的传播散射系数随波长的变化，可以看出该系数与波长见大致存在\lambda \,^{-0.7}。这样就可以计算出总的血样饱和度为StO_2 \, = 0.2 x SaO_2 \, + 0.8 x SvO_2 \, ≈ 70%。
得到上述吸收光谱或有效衰减系数光谱后，通过取倒数就可以获得有效穿透深度曲线（如图7）。判断光学窗口范围的一个有效方法即截取该曲线的半峰全宽。
参见
光学窗口
参考文献
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