在多层生物组织模型条件下,提出了一种利用近红外光谱技术定量无损检测组织氧饱和度的方法。利用Monte Carlo方法研究受试者具有不同的外层组织时,外层组织厚度对所检测的血氧参数的影响。结果表明:在组织氧检测中光源到检测器距离大于20mm,外层组织厚度小于等于10mm,外层组织对组织氧饱和度影响不大;而当外层组织厚度大于5mm但小于10mm范围时,血红蛋白浓度估计值应通过本论文给出的校正曲线进行校正,使检测结果具有个体间的可比性。设计实现了适于临床应用的基于空间分辨方法的近红外稳态光谱组织氧定量监测系统,本系统结构较为简洁。通过合理的探头设计,满足临床上对安全性、稳定性的要求。仪器已经过组织模型校准和人体前臂全阻断实验验证。利用设计完成的近红外无损组织氧监测系统,实验分别研究了健康和脑损伤(缺血缺氧性脑病)的新生儿脑氧合状态,取得了大样本数据,提取了评定脑氧代谢能力的特征参数,从而为临床上无损检测新生儿脑氧提供了依据。利用设计完成的近红外无损组织氧监测系统,实验研究了在恒定负荷下的骨骼肌血氧代谢变化规律,结果表明:从血量变化幅度、局部组织氧饱和度变化参数显示,运动员氧代谢能力强于对照组。可为运动员的选才和运动训练的评定提供参考。