Разработан и реализован новый подход к измерению кислородного насыщения крови, основанный на оригинальном двухступенчатом алгоритме восстановления относительной концентрации биологических хромофоров (гемоглобин, вода, жиры) по измеренным спектрам диффузно рассеянного света на различных расстояниях от источника излучения. Численные эксперименты и апробация предложенного подхода на биологическом фантоме показали высокую точность восстановления оптических свойств исследуемого объекта, а также возможность корректного расчета степени оксигенации гемоглобина в присутствии аддитивных шумов и без проведения калибровки измерительного устройства.