Fig.1과 같이 미세한 입자가 존재하는 물체에 레이저 광을 조사하여 그 산란광을 광 검출기 (Photo-detector)에서 검출 한 경우 얻을 수 있는 전기장은 각 점에서의 산란광 전기장 E의 중첩됩니다 (Fig.1 오른쪽 그림). 입자가 정지하고 있는 경우에는 각 점에서의 산란광의 위상 관계는 시간에 관계없이 일정하기 때문에 광 검출기에서 출력되는 빛의 강도 신호 I는 시간 t에서 변화하지 않는 일정한 값(직류 성분 전용)입니다.

다음 입자가 시간 t1에서 t2까지의 거리를 속도 v로 이동하는 경우가 그림 Fig.2에 나와있습니다. t1시의 입자에서 레이저 빛의 산란 상태와 t2시 입자의 산란 상태와 달리 입자가 연속적으로 이동하는 경우에는 이 위상 부정합도 시간적으로 변동합니다. 따라서 각 점에서의 산란광이 겹쳐져있는 상태에서 전기장 E의 강도가 흔들리고 광 검출기의 출력으로 빛 강도 I도 시간적으로 변동합니다.  (Ki, Kf는 파수 벡터)

여기서 V는 적혈구의 속도, α는 파장 λ에서의산란 강도 분포, m는 광양 자가 적혈구에 충돌 하는 평균 횟수입니다. 780nm 파장에서 실제 생체 조직을 측정 했을 때 적혈구의 평균 속도가 약3mm/s 일 때의 파워 스펙트럼의평균 주파수는 1KHz입니다. 레이저 광원은 소형 장 수명인 반도체 레이저에서 산소 적혈구와 산소화의 적혈구의 광 흡수의 차이가 적은780nm 파장을 채택하고 있습니다. 광섬유는 회색 데드 인덱스(GI)코어 직경 100μm, 방사선-수신 감은 0.5 mm 정도로 설정 되어 있습니다. 이 경우 측정 농도는 대략 1mm입니다.

레이저 혈류량계 FLO-C1을 이용하여 손가락의 피부 혈류를 측정한 예가 그림 Fig.4에 나타나 있습니다. 혈류량에 대응하는 FLOW는 맥 파형이 관측되고 있습니다. 팔에 커프를 이용하여 200mmHg로 조이면 (Occlusion) FLLOW과 VELOCITY가 급격히 감소하지만 VOLUME (MASS)는 커프의 조임으로 인해 손가락 끝에 피가 몰리기 때문에 다소 상승하고 이후 감소합니다. 하지만 FLOW나 MASS 같은 큰 감소는 관찰되지 않습니다. 그 이유는 혈류의 흐름이 멈춰도 생체 조직에 혈액이 머물러 있기 때문입니다.

측정 깊이는 레이저의 조사 지점 조치 수광 지점 간 거리의 함수입니다. 수광 강도, Id, 산란이 강한 조직으로 베일 – 램버트의 법칙이 적용되는 경우에는
Id = η · Io · exp (- γ · L)
로 표시됩니다.
여기서 η는 광 시스템에 관한 계수, Io는 조사 광 강도, γ는 생체 조직의 감쇠 계수, L은 빛이 통과하는 거리 (광로 길이)입니다. 수신기 사이 거리가 길어지면 전체 수광 강도 자체는 약해 지지만 측정 심도는 깊어집니다. 그 이유는 거리가 길어지면 상대적으로 얕은 곳에서 산란된 빛의 강도와 깊은 곳에서 산란된 빛의 강도의 차이가 줄어들 기 때문입니다.

그림 Fig. 5, 6에 이러한 상태가 나타나 있습니다. Fig. 5는 조사 – 센서 간 거리가 짧은 경우 Fig. 6은 긴 경우입니다. Fig. 5는 L2 >> L1이므로 전체 수광량에서 차지하는 L1의 성분이 L2의 성분보다 매우 많습니다. 그러나 Fig. 6에 L3 및 L4는 큰 차이가 없기 때문에 L3를 통해서 온 수광 강도와 L4를 통해서 온 수광 강도의 차이가 작아 상대적으로 전체 수광량에서 차지하는 L4의 성분 이 많아집니다. 실제로 피부 및 광학 특성이 유사한 물질인 폴리 아세탈 판을 이용한 모델 실험 결과가 그림 Fig.7 에 나와 있습니다. 조사 – 센서 간 거리(d), 0.3, 0.5, 0.7mm로 0.2mm 두께의 폴리 아세탈 판을 겹쳤을 때 수광량을 측정하여 최대 값으로 규격화 한 때의 두께(t), 그리고 규격화 된 수광량 P(t)의 관계 그래프입니다.

조직 혈류량의 단위는 일반적으로 생체 조직 무게 100g 단위 시간에 흐르는 혈액량 [mL / min / 100g]로 표시됩니다. 이 단위는 액체 단위이지만, 레이저 혈류 측정기는 적혈구에서의 산란광을 신호 처리하고 액체를 측정하는 것은 아닙니다. 레이저 혈류계에 의해 얻어지는 값의 측정 단위는 “적혈구 밀도 × 적혈구 유속”(예 : (N / mm3) × (mm / s)) 이 단위에서 볼때 혈류량이 많고 적음을 확인할 수 없습니다. 따라서, 당사 레이저 혈류 계에서는 「mL / min / 100g “에 해당하는 값으로 표시하고 있습니다. 적혈구 밀도는 혈액량, 적혈구 유속은 혈류 속도에 해당합니다. 위와 같이 레이저 혈류 측정기는 적혈구 수와 속도를 감지하고 있기 때문에 단위 조직 무게에 유입되는 혈액량이 같아도 생체 조직의 혈관 용량이 다른 경우에는 다른 혈류량 (FLOW) 값을 표시합니다. 레이저 혈류 측정기의 측정 범위의 생체 조직에서 혈관 직경이 동일한 혈관 용량 (혈관 길이)이 다른 경우에 대해서 생각해보자면 (그림 Fig.8, Fig.9 참고).

여기에서 Fig.9는 Fig.8에 비해 혈관 길이가 B배라고 합니다. 양 생체 조직에 분당 a [mL]의 혈액이 유입 생체 조직 100g으로 환산하면 A [mL / min / 100g]로 조직 혈류의 개념은 두 그림 모두 조직 혈류량은 A [ mL / min / 100g]입니다. 그러나 레이저 혈류 측정기의 측정 대상은 적혈구이기 때문에, Fig.8의 측정 값 (FLOW) ‘A’의 경우 Fig.9의 측정 값 (FLOW)는 “A · B”입니다. 광섬유 식 레이저 혈류 계, FLO-N1 및 FLO-C1,는 혈액량에 상당하는 MASS와 혈류 속도에 상당하는 VELOCITY (VEL)도 동시에 측정 할 수 있습니다. Fig.9는 혈관 용량이 B 배이므로 MASS는 Fig.8의 B 두 배의 값을 나타냅니다만, 혈류 속도는 동일하므로 (VEL) 같은 값을 나타냅니다. 따라서, 이 3종류의 측정 값 (FLOW, MASS, VEL)을 동시에 관찰하면 혈관 용량이 많아 혈류량이 많은 생체 조직, 혈류 속도가 빠르고 혈류량이 많은 생체 조직, 또는 허혈성 낮은 혈류 또는 울혈성 저혈류를 판단 할 수 있습니다.

보통(프로브 접촉식)의 레이저 혈류 측정기 프로브를 생체 조직에 접촉하지 않고 혈류 측정을 한 경우의 문제점은 생체 조직 표면에서 반사광의 영향입니다. 프로브를 생체 조직에 접촉시켜 혈류를 측정하는 경우 산란광은 모든 생체 조직 내부 빛이 표면에서의 반사광은 수신하지 않습니다. 레이저 혈류계의 연산 처리에서 적혈구 밀도가 낮은 경우에 주파수(변환되지 않은 빛)는 정지 조직에서의 산란광으로 신호 처리됩니다. 변환된 빛(주파수)는 적혈구의 산란광으로 신호 처리됩니다. 레이저 혈류 측정기에서 측정된 생체 조직의 혈액량(적혈구 밀도)은 각각의 전력 비율, 교류 성분 전력/직류 성분 전력에서 얻을 수 있습니다. 접촉식 레이저 혈류 측정기 프로브를 생체 조직에 접촉하지 않고 측정하면 표면의 반사광을 수신하게 됩니다. 이 표면 반사광 주파수는 변환되지 않은 빛이기 때문에 정지 조직으로 연산 처리됩니다. 이러한 결과로 실제 혈액량보다 적은 값을 표시하게 됩니다. 또한 표면 반사광 강도는 생체 조직의 구조와 상태 및 프로브의 위치 관계에 따라 다르기 때문에 안정적으로 측정 할 수 없습니다. 표면 반사광은 조사의 편광을 보유하고 있지만, 생체 조직에 들어간 레이저 광은 여러 번 산란하기 위해 조사의 편광 방향을 유지하지 않고 거의 무작위로 발생합니다. FLO-N1 전용 프로브 팁은 편광판과 광학 필터가 장착되어 있습니다. 편광판은 조사 및 수광의 편광면이 서로 수직이되도록 설치되어 있습니다. 광 필터는 조사 레이저 빛의 파장을 통과시켜 형광등의 빛을 차단합니다. 또한 FLO-N1은 프로브와 생체 조직 간격의 변화에 의한 결함이 감소하도록 설계되어 있습니다.