大脑作为人体的关键器官之一,其功能的完整性是保障人体生命活动的基础。近年来,针对大脑功能与生理背景的研究愈发的多,脑血氧饱和度的监测正是其中的一个重要方向。脑血氧饱和度是反映人体脑组织氧供和血供情况的生理参数,还能反映脑功能活动情况。临床围手术期通过监测患者的脑血氧饱和度,能及时发现脑缺血、缺氧等问题并做出处理,避免引发更严重的后果。传统的脑血氧监测方法多为有创或间接监测,无法准确实时地反映大脑供血供氧的状态,且所得结果还存在假阴性和假阳性的情况。本文就目前临床上常用的脑血氧监测方法进行分析,基于它们各自的优缺点,选择近红外光谱技术（Near-infrared Spectroscopy,NIRS）作为本文的研究方法。NIRS技术作为一种低成本、易实现、安全无创、高时间分辨率的脑血氧监测技术,具有巨大的潜力和广阔的应用前景。本文的主要研究工作有:（1）以修正的朗伯-比尔定律为基本原理,结合大脑的生理结构及其光学特性,提出了脑血氧参数相对变化量的测量原理。在此基础上结合空间分辨光谱技术的特点,进一步提出脑血氧参数绝对变化量的测量原理,实现脑血氧饱和度、氧合血红蛋白浓度和还原血红蛋白浓度的连续实时监测。（2）对于脑血氧信号中存在的噪声源,本文根据它们不同的特性,分别提出相应的去噪算法,提高信噪比。（3）基于脑血氧参数绝对变化量的测量原理,本文提出了相应的脑血氧监测模型,以四个波长的光密度信号作为输入,经过数据转换、处理,输出对应的脑血氧饱和度数值,并提出了个性化修正系数CID,K1和K2,以期进一步提高计算结果的准确性和可靠性。（4）在课题组自主研发的脑血氧无创监测硬件平台的基础上,开发了上位机软件系统,用作控制脑血氧监测设备运行的人机交互界面,同时利用本课题研究的脑血氧无创监测模型实时获取并显示脑血氧波形和脑血氧值的变化情况。（5）本文设计了在体脑血氧监测实验,根据Valsalva动作引起的脑灌注情况变化,观察两种血红蛋白以及计算得到的脑血氧饱和度的变化情况,从而来初步验证本文脑血氧监测模型的有效性,并根据实验结果提出进一步的研究计划。本文所做研究旨在为NIRS技术应用于临床脑血氧监测提供一种新的解决方案,提出的四波长脑血氧监测模型有望得到更高精度、更加可靠的结果,且开发的上位机脑血氧监测软件可以提供更好的人机交互操作性。