JP2013052182A - Method for measuring cutaneous pigment concentration - Google Patents

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Abstract

【課題】皮膚画像から色素濃度を測定するにあたり、画像面内に形成される陰影の影響を受けることなく、正確に測定する。
【解決手段】皮膚の色素濃度から分光反射率を算出するシミュレーションモデルに基づき、メラニン、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビン等の各色素を含む皮膚モデルの吸光度スペクトルを、各色素濃度Ci(i=1,2,…,N)の組み合わせが異なる複数の場合について求め、得られた複数の皮膚モデルの吸光度スペクトルを、各色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(i=1,2,…,N)を説明変数として重回帰分析し、回帰パラメータai(i=1,2,…,N)を求める。この回帰パラメータai(i=1,2,…,N)と色素濃度Ci(i=1,2,…,N)との関係式を、回帰パラメータの切片a0を使用せずに求め、その関係式を使用して被験者の皮膚の吸光度スペクトルの回帰パラメータai(i=1,2,…,N)から被験者の皮膚の各色素濃度Ci(i=1,2,…,N)を算出する。
【選択図】図1
In measuring a pigment concentration from a skin image, the pigment concentration is accurately measured without being affected by a shadow formed in the image plane.
Based on a simulation model for calculating a spectral reflectance from a skin pigment concentration, an absorbance spectrum of a skin model containing each pigment such as melanin, oxidized hemoglobin, and reduced hemoglobin is expressed as each pigment concentration C i (i = 1, 2, ..., N) are obtained for a plurality of different combinations, and the absorbance spectra of the obtained skin models are obtained as the extinction coefficient spectra ε i (λ) (i = 1,2, ..., N) of each dye. Are used as explanatory variables to obtain regression parameters a i (i = 1, 2,..., N). A relational expression between the regression parameter a i (i = 1, 2,..., N) and the pigment concentration C i (i = 1, 2,..., N) is obtained without using the regression parameter intercept a 0. , Using the relational expression, from the regression parameter a i (i = 1, 2,..., N) of the absorbance spectrum of the subject's skin, each pigment concentration C i (i = 1, 2,..., N) of the subject's skin. ) Is calculated.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、皮膚色素濃度の測定方法及びこの方法を用いた皮膚色素画像の形成方法に関する。   The present invention relates to a method for measuring skin pigment concentration and a method for forming a skin pigment image using this method.

皮膚の見た目の色は、皮膚に含まれる色素の種類と濃度に依存する。そこで、従来より皮膚の色の観測に基づいて皮膚に含まれるメラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの濃度を測定する方法が提案されている。   The apparent color of the skin depends on the type and concentration of pigments contained in the skin. Therefore, a method for measuring the concentrations of melanin, oxidized hemoglobin, and reduced hemoglobin contained in the skin based on observation of the color of the skin has been proposed.

例えば、ランベルト−ベールの法則から、皮膚の吸光度スペクトルは、皮膚に含まれるメラニン、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸光度スペクトルの線形結合であるとのモデルをたて、皮膚のある領域に光を入射させると共に、同領域からの反射光を受光することにより平均値として得た所謂一点計測の皮膚の吸光度スペクトルを、メラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの吸光度スペクトルを用いて重回帰分析することにより、皮膚中のメラニン濃度、酸化ヘモグロビン濃度、又は還元ヘモグロビン濃度を求める方法が知られている(特許文献1)。   For example, from the Lambert-Beer law, the light absorption spectrum of the skin is modeled as a linear combination of the light absorption spectra of melanin, oxyhemoglobin, and reduced hemoglobin contained in the skin, and light is incident on an area of the skin. In addition, the so-called single-point measurement of the absorbance spectrum of the skin obtained as an average value by receiving the reflected light from the same region, by performing multiple regression analysis using the absorbance spectra of melanin, oxidized hemoglobin, and reduced hemoglobin, A method for determining the melanin concentration, oxidized hemoglobin concentration, or reduced hemoglobin concentration is known (Patent Document 1).

しかしながら、このモデルは、皮膚中の色素の吸収のみによって吸光度スペクトルが定まることを前提としており、皮膚を構成する表皮又は真皮における散乱や、表皮、真皮、皮下脂肪の各界面での散乱が考慮されていないため、色素濃度の測定精度が低い。   However, this model is based on the premise that the absorbance spectrum is determined only by the absorption of the pigment in the skin, and the scattering at the epidermis or dermis constituting the skin and the scattering at each interface of the epidermis, dermis and subcutaneous fat are considered. The measurement accuracy of the dye concentration is low.

これに対し、皮膚における散乱を考慮したモンテカルロシミュレーションモデルで補われた重回帰分析法が提案されている(非特許文献1)。この分析法では、モンテカルロシミュレーションモデルによる吸光度スペクトルを目的変数とし、メラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの吸光係数スペクトルを説明変数として重回帰分析して、回帰パラメータの切片a0、メラニンの回帰パラメータam、及び総ヘモグロビンの回帰パラメータathを得(但し、ath=aoh+adh、aoh=酸化ヘモグロビンの吸収係数スペクトルの回帰パラメータ、adh=還元ヘモグロビン吸収スペクトルの回帰パラメータ)、これらa0、am及びathと、メラニン濃度Cm及び総ヘモグロビン濃度Cthとの関係式Cm=Fm(a0,am,ath)、Cth=Fth(a0,am,ath)を求めておく。 On the other hand, a multiple regression analysis method supplemented with a Monte Carlo simulation model considering scattering in the skin has been proposed (Non-Patent Document 1). In this assay, the absorbance spectrum by Monte Carlo simulation model and objective variable, melanin, oxyhemoglobin, and multiple regression analysis of the absorption coefficient spectra of reduced hemoglobin as explanatory variables, intercept a 0 of the regression parameters, the regression parameters a m melanin And a regression parameter a th of total hemoglobin (where a th = a oh + a dh , a oh = regression parameter of the absorption coefficient spectrum of oxidized hemoglobin, a dh = regression parameter of the reduced hemoglobin absorption spectrum), a 0 , A m and a th , melanin concentration C m and total hemoglobin concentration C th , C m = F m (a 0 , a m , a th ), C th = F th (a 0 , a m , a th ) is obtained in advance.

一方、任意の皮膚の吸光度スペクトルを、メラニン、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεm(λ)、εoh(λ)及びεdh(λ)を説明変数として重回帰分析して回帰パラメータの切片a0、メラニン吸光係数の回帰パラメータam、及び総ヘモグロビン吸光係数の回帰パラメータathを得、このa0、am、athと前述の関係式Cm=Fm(a0,am,ath)、Cth=Fth(a0,am,ath)とからメラニン濃度Cmと総ヘモグロビン濃度Cthを得る。
この方法において、酸素飽和度CStO2=aoh/(aoh+adh)である。
On the other hand, the absorbance spectrum of any skin was subjected to multiple regression analysis using the extinction coefficient spectra ε m (λ), ε oh (λ), and ε dh (λ) of melanin, oxidized hemoglobin, and reduced hemoglobin as explanatory variables. An intercept a 0 , a regression parameter a m of the melanin extinction coefficient, and a regression parameter a th of the total hemoglobin extinction coefficient are obtained, and this a 0 , a m , a th and the above-mentioned relational expression C m = F m (a 0 , a m , a th ) and C th = F th (a 0 , a m , a th ), the melanin concentration C m and the total hemoglobin concentration C th are obtained.
In this method, the oxygen saturation C StO2 = a oh / (a oh + a dh ).

このモンテカルロシミュレーションモデルを用いた従来の色素濃度測定方法は、皮膚の吸光度スペクトルに散乱の影響を考慮しているので、色素濃度の測定精度が高い。しかしながら、ある程度の広がりをもった皮膚領域の色素濃度を調べるために、モンテカルロシミュレーションモデルを用いた従来の色素濃度測定方法を、皮膚画像を用いた色素濃度の測定方法に適用すると、肌の凹凸や照明ムラ等により画像面内に陰影が存在する場合に陰影の影響を受けて色素濃度の測定精度が低下する。   The conventional pigment concentration measurement method using this Monte Carlo simulation model takes into consideration the influence of scattering on the absorbance spectrum of the skin, so that the measurement accuracy of the pigment concentration is high. However, in order to investigate the pigment concentration in the skin area with a certain extent, applying the conventional pigment concentration measurement method using the Monte Carlo simulation model to the pigment concentration measurement method using the skin image, When there is a shadow in the image plane due to illumination unevenness or the like, the measurement accuracy of the dye density is lowered due to the influence of the shadow.

特開平11−299743号公報JP-A-11-299743

Journal of Biomedical Optics 9(4): 700-710 (2004)Journal of Biomedical Optics 9 (4): 700-710 (2004)

本発明は上述の従来の課題を解決しようとするものであり、皮膚画像から色素濃度を測定するにあたり、画像面内に陰影が存在する場合にもその影響を受けることなく、正確に測定できる方法を提供すること、また、皮膚の色素濃度分布を正確に表す皮膚色素画像を提供することを目的とする。   The present invention is intended to solve the above-described conventional problems, and in measuring the pigment concentration from a skin image, a method capable of accurately measuring a pigment density without being affected by the presence of a shadow in the image plane. It is also an object of the present invention to provide a skin pigment image that accurately represents the pigment concentration distribution of the skin.

本発明者は、皮膚画像に陰影がない場合、皮膚の撮像により得た吸光度スペクトルを、メラニンの吸光係数スペクトルεm(λ)、酸化ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεoh(λ)及び還元ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεdh(λ)で重回帰分析して得られる回帰パラメータの切片a0には、各色素の濃度情報や皮膚散乱情報が反映されるために、この回帰パラメータの切片a0を用いて回帰パラメータと色素濃度との関係式を求めると、色素濃度を正確に求めることができるのに対し、皮膚画像に陰影がある場合には、回帰パラメータの切片a0を使用することなく、回帰パラメータと色素濃度との関係式を求めることにより、回帰パラメータと色素濃度との関係から陰影情報の影響を排除できることを見出し、そして、任意の皮膚の吸光度スペクトルを色素の吸光係数スペクトルで重回帰分析して得られる回帰パラメータと、前述の関係式とから皮膚の色素濃度を求めることにより、皮膚画像に形成された陰影の影響を受けることなく、色素濃度を正確に求められることを見出した。 When the skin image is not shaded, the inventor obtained the absorbance spectrum obtained by imaging the skin, the absorption coefficient spectrum ε m (λ) of melanin, the absorption coefficient spectrum ε oh (λ) of oxidized hemoglobin, and the absorption spectrum of reduced hemoglobin. Since the regression parameter intercept a 0 obtained by multiple regression analysis with the coefficient spectrum ε dh (λ) reflects the concentration information and skin scattering information of each pigment, the regression parameter intercept a 0 is used. When the relational expression between the regression parameter and the pigment concentration is obtained, the pigment concentration can be obtained accurately. On the other hand, when there is a shadow in the skin image, the regression parameter is not used without using the regression parameter intercept a 0. The relationship between the regression parameter and the pigment concentration was found to eliminate the influence of the shadow information, and the absorbance spectrum of any skin was determined. By determining the skin pigment concentration from the regression parameters obtained by multiple regression analysis of the Torr with the absorption coefficient spectrum of the pigment and the above-mentioned relational expression, the pigment concentration is not affected by the shadow formed on the skin image. Has been found to be required accurately.

即ち、本発明は、皮膚の色素濃度から分光反射率を算出するシミュレーションモデルに基づき、複数の色素を含む皮膚モデルの吸光度スペクトルを、各色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(色素の種類をNとしてi=1,2,…,N、 以下同じ)を用いて、各色素濃度Ci(i=1,2,…,N)の組み合わせが異なる複数の場合について求め、得られた複数の皮膚モデルの吸光度スペクトルを、各色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(i=1,2,…,N)を説明変数として重回帰分析することにより、以下の重回帰式(1)で得られる回帰パラメータai(i=1,2,…,N)の組を複数求め、 That is, according to the present invention, based on a simulation model for calculating the spectral reflectance from the skin pigment concentration, the absorbance spectrum of a skin model including a plurality of pigments is represented by the absorption coefficient spectrum ε i (λ) (the pigment type of each pigment). N = i = 1, 2,..., N (the same applies hereinafter), and a plurality of cases where the combinations of the dye concentrations C i (i = 1, 2,. Absorption spectra of the skin model are obtained by the following multiple regression equation (1) by performing multiple regression analysis using the extinction coefficient spectra ε i (λ) (i = 1, 2, ..., N) of each dye as explanatory variables. Multiple sets of regression parameters a i (i = 1, 2,..., N)

得られた複数の回帰パラメータai(i=1,2,…,N)と前記複数の色素濃度Ci(i=1,2,…,N)とから次式(2)の関係式Fi(i=1,2,…,N)を求め、 From the plurality of regression parameters a i (i = 1, 2,..., N) and the plurality of dye concentrations C i (i = 1, 2,..., N), the relational expression F in the following equation (2) i (i = 1,2, ..., N)

一方、被験者の皮膚の吸光度スペクトルを取得し、その吸光度スペクトルを、各色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(i=1,2,…,N)を説明変数として重回帰分析することにより、被験者の皮膚の吸光度スペクトルの回帰パラメータai(i=1,2,…,N)を求め、この回帰パラメータai(i=1,2,…,N)と前述の関係式Fi(i=1,2,…,N)とから、被験者の皮膚の複数の色素濃度Ci(i=1,2,…,N)のうち少なくとも一つを求める皮膚色素濃度測定方法を提供する。 On the other hand, the absorbance spectrum of the subject's skin is obtained, and the absorbance spectrum is subjected to multiple regression analysis using the extinction coefficient spectrum ε i (λ) (i = 1, 2,..., N) of each dye as an explanatory variable. A regression parameter a i (i = 1, 2,..., N) of the absorbance spectrum of the skin of the subject is obtained, and this regression parameter a i (i = 1, 2,..., N) and the above-described relation F i (i = 1, 2,..., N), a skin pigment concentration measurement method for obtaining at least one of a plurality of pigment concentrations C i (i = 1, 2,..., N) of the skin of a subject is provided.

また、本発明は、被験者の皮膚の内部反射光画像の各ピクセルについて、上述の方法により皮膚の各色素濃度Ci(i=1,2,…,N)の少なくとも一つの色素濃度を求め、その色素濃度の分布画像を形成する皮膚色素画像の形成方法を提供する。
さらに、本発明は、こうして形成した皮膚色素画像を提供する。
Further, the present invention obtains at least one pigment concentration of each pigment concentration C i (i = 1, 2,..., N) for each pixel of the internally reflected light image of the subject's skin by the above-described method, A method of forming a skin pigment image that forms a distribution image of the pigment concentration is provided.
Furthermore, the present invention provides a skin pigment image thus formed.

本発明によれば、皮膚画像に基づき、その画像に形成された陰影の影響を受けることなく、皮膚のメラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン等の各色素濃度分布を正確に求めることができる。したがって、皮膚を観察したときの見え方と皮膚中の色素濃度との関係がわかる。また、ヘモグロビンの酸素飽和度も容易に分析することが可能となり、皮膚における酸素の消費状態、血行状態などを推定することが可能となる。さらに、化粧料を適用した皮膚について、本発明の皮膚色素画像を経時的にとり、例えば、メラニン濃度、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの各濃度変化を調べることにより、化粧料の有効性の評価を行うことが可能となる。また、本発明は、店頭での美容のための肌診断などでも有用となる。   According to the present invention, based on a skin image, the concentration distribution of each pigment such as melanin, oxidized hemoglobin, and reduced hemoglobin in the skin can be accurately determined without being affected by the shadow formed on the image. Therefore, the relationship between the appearance when the skin is observed and the pigment concentration in the skin can be understood. Further, it is possible to easily analyze the oxygen saturation of hemoglobin, and it is possible to estimate the oxygen consumption state, blood circulation state, and the like in the skin. Furthermore, the skin pigment image of the present invention is taken over time for the skin to which the cosmetic is applied, and the effectiveness of the cosmetic is evaluated, for example, by examining changes in the concentrations of melanin, oxidized hemoglobin, and reduced hemoglobin. Is possible. The present invention is also useful for skin diagnosis for beauty at a store.

図1は、被験者の内部反射光画像から分光反射スペクトルを得るための撮像系の一例である。FIG. 1 is an example of an imaging system for obtaining a spectral reflection spectrum from an internally reflected light image of a subject. 図2は、色素濃度Cm、Coh及びCdhと回帰パラメータam、aoh及びadhとの関係式Fm、Foh、Fdhを求めるフローの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a flow for obtaining relational expressions F m , F oh and F dh between the dye concentrations C m , C oh and C dh and the regression parameters a m , a oh and a dh . 図3は、実施例及び比較例の方法で得られた回帰パラメータam、aoh、dh及びa0の画像である。FIG. 3 is an image of regression parameters a m , a oh, a dh and a 0 obtained by the methods of the examples and comparative examples. 図4は、画像に陰影を形成する方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for forming a shadow on an image. 図5は、実施例及び比較例のメラニン画像と総ヘモグロビン画像である。FIG. 5 is a melanin image and a total hemoglobin image of Examples and Comparative Examples.

以下、図面に基づき、本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は、同一又は同等の構成要素を表している。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol represents the same or equivalent component.

本発明の皮膚色素濃度の測定方法では、被験者の皮膚の吸光度スペクトルA(λ)から被験者の皮膚中の色素濃度を求めるために、まず、皮膚のシミュレーションモデルに基づき、皮膚に複数の色素が種々の濃度Ci(i=1,2,…,N)で含まれている場合の吸光度スペクトルA(λ)を求め、この吸光度スペクトルA(λ)を各色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(i=1,2,…,N)を説明変数として重回帰分析する。例えば、皮膚中の色素として、メラニン、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンを考える場合に、皮膚のシミュレーションモデルに基づく吸光度スペクトルA(λ)を、メラニンの吸光係数スペクトルεm(λ)、酸化ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεoh(λ)及び還元ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεdh(λ)を説明変数として重回帰分析して以下の重回帰式(1)aを得る。 In the method for measuring skin pigment concentration according to the present invention, in order to determine the pigment concentration in the subject's skin from the absorbance spectrum A (λ) of the subject's skin, first, based on a simulation model of the skin, various pigments are variously added to the skin. Absorbance spectrum A (λ) in the case where it is contained at a concentration C i (i = 1, 2,..., N), and this absorbance spectrum A (λ) is determined as the extinction coefficient spectrum ε i (λ) of each dye. Multiple regression analysis is performed using (i = 1, 2,..., N) as explanatory variables. For example, when melanin, oxygenated hemoglobin, and reduced hemoglobin are considered as pigments in the skin, the absorbance spectrum A (λ) based on the skin simulation model, the absorption coefficient spectrum ε m (λ) of melanin, and the absorption coefficient of oxygenated hemoglobin Multiple regression analysis is performed using the spectrum ε oh (λ) and the extinction coefficient spectrum ε dh (λ) of reduced hemoglobin as explanatory variables to obtain the following multiple regression equation (1) a .

そして、この式(1)aで得られる回帰パラメータam、aoh、adhとその切片aoのうち、切片aoを使用することなく、回帰パラメータam、aoh、adhからメラニン濃度Cm、酸化ヘモグロビン濃度Coh及び還元ヘモグロビン濃度Cdhを求める次式(2)aの関係式Fm、Foh、Fdhを求めておくことを特徴とする。 Then, the regression parameters a m obtained by the equation (1) a, of a oh, a dh and its intercept a o, without the use of sections a o, the regression parameters a m, a oh, melanin from a dh The relational expressions F m , F oh and F dh of the following equation (2) a for obtaining the concentration C m , the oxygenated hemoglobin concentration C oh and the reduced hemoglobin concentration C dh are obtained.

重回帰式(1)aの切片aoには、メラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの各色素の濃度情報が含まれると考えられ、さらに、波長依存性がないことから、真皮内の光散乱や真皮と皮下組織との界面での皮膚散乱の情報が含まれる、と考えられている。このため、メラニン、ヘモグロビン等の色素の種々の濃度ci(i=1,2,…,N)の組み合わせについて吸光度スペクトルを求め、色素濃度と重回帰式(1)の回帰パラメータai(i=1,2,…,N)あるいはその切片aoとの関係式Fを求めておき、一方、任意の吸光度スペクトルを重回帰分析することにより回帰パラメータaiあるいはその切片aoを得、得られた回帰パラメータaiあるいは切片ao、と前述の関係式Fとから色素濃度ciを得る場合に、モンテカルロシミュレーションモデルを用い、回帰パラメータとしてメラニンの吸光係数スペクトルεm(λ)の回帰パラメータamと総ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεth(λ)の回帰パラメータathを使用する従来の色素濃度測定方法(非特許文献1)では、関係式Fに、回帰パラメータの切片aoが含まれていた。これに対し、本発明はこの関係式として、回帰パラメータの切片aoを含まない前述の式(2)、より具体的には、色素として、メラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンを考える場合に前述の次式(2)aの関係式Fm、Foh、Fdhを使用する。 The sections a o of multiple regression equation (1) a, melanin, oxyhemoglobin, believed to contain density information of each dye of reduced hemoglobin, further, since there is no wavelength dependence, Ya light scattering in the dermis It is believed that information on skin scattering at the interface between the dermis and subcutaneous tissue is included. Therefore, an absorbance spectrum is obtained for combinations of various concentrations c i (i = 1, 2,..., N) of pigments such as melanin and hemoglobin, and the regression parameters a i (i (i)) of the pigment concentration and multiple regression equation (1) are obtained. = 1, 2,..., N) or a relational expression F thereof with an intercept a o, and on the other hand, a regression parameter a i or its intercept a o is obtained by multiple regression analysis of an arbitrary absorbance spectrum. When obtaining the pigment concentration c i from the obtained regression parameter a i or intercept a o and the above-mentioned relational expression F, a Monte Carlo simulation model is used, and the regression parameter of the extinction coefficient spectrum ε m (λ) of melanin is used as the regression parameter. in a m and conventional dye concentration measuring method using the regression parameters a th of extinction coefficient spectrum epsilon th of total hemoglobin (lambda) (non-Patent Document 1), a relational expression F, intercept a o of the regression parameters including It was rare. In contrast, the present invention is that this relationship, the above equation that contains no sections a o of the regression parameters (2), more specifically above when considering as a dye, melanin, hemoglobin oxidation, and reduced hemoglobin the following equation (2) a relation F m, F oh, using the F dh.

これにより、吸光度スペクトルを撮像画像から求める場合に、その画像に陰影があっても、それらによる画像の暗さが皮膚内部での吸収・散乱の影響と誤測定されることなく、正確に色素濃度を測定することが可能となる。これは、回帰パラメータの切片aoは、波長依存性がないことから、画像に陰影ができた場合、陰影情報がこの切片aoに集約されるためと考えられる。 As a result, when the absorbance spectrum is obtained from the captured image, even if the image is shaded, the darkness of the image is not accurately measured as the effect of absorption / scattering inside the skin, and the dye concentration is accurately measured. Can be measured. This intercept a o of the regression parameter, since there is no wavelength dependence, if that could shade the image, presumably because shading information is summarized in this section a o.

また、モンテカルロシミュレーションモデルを用いた従来の色素濃度測定方法(非特許文献1)において色素濃度Cm、Coh及びCdhを得る場合に、単に切片aを除くだけでは、色素濃度がCm、Coh及びCdhの3種類であるのに対して、重回帰パラメータはamとathの2種類のみなので、3対2の対応となるために精度が低下してしまうが、athの代わりにaohとadhを用いると、3種類の重回帰パラメータを対応させることができるので、精度の低下を避けることができる。 Furthermore, the dye concentration in the conventional dye concentration measuring method using a Monte Carlo simulation model (Non-Patent Document 1) C m, in the case of obtaining the C oh and C dh, is simply excluding sections a 0, a dye concentration C m , C oh whereas a three and C dh, since the multiple regression parameters only two a m and a th, although accuracy for the three-to-two correspondence decreases, a th If a oh and a dh are used instead of, three kinds of multiple regression parameters can be made to correspond to each other, so that a decrease in accuracy can be avoided.

本発明においては、上述のように、式(2)の関係式   In the present invention, as described above, the relational expression (2)

を求めるため、まず、皮膚の色素濃度から分光反射率を算出するシミュレーションモデルに基づき、複数の色素を含む皮膚モデルの吸光度スペクトルを、既知の色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(i=1,2,…,N)を用いて求める。 First, based on the simulation model for calculating the spectral reflectance from the skin pigment concentration, the absorbance spectrum of the skin model containing a plurality of pigments is converted to the extinction coefficient spectrum ε i (λ) (i = 1 , 2, ..., N).

このシミュレーションモデルとしては、例えば、モンテカルロシミュレーション(L.-H. Wang, S.L. Jacques, and L.-Q.Zheng,Computer Methods and Programs in Biomedicine 47, 131-146 (1995).)を用いることができる。モンテカルロシミュレーションは、皮膚に入射した光が、実効散乱係数と吸収係数に従った確率で散乱、吸収され、拡散反射されるとするモデルである。この色素として、例えば図2に示すように、メラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンを考える場合、実効散乱係数スペクトル(μs'(λ))と、メラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの各色素の吸光係数スペクトルεm(λ)、εoh(λ)、εdh(λ)と、各色素の濃度Cm、Coh、Cdhから分光反射率R(λ)を求めることを可能とする。 As this simulation model, for example, Monte Carlo simulation (L.-H. Wang, SL Jacques, and L.-Q. Zheng, Computer Methods and Programs in Biomedicine 47, 131-146 (1995).) Can be used. . The Monte Carlo simulation is a model in which light incident on the skin is scattered, absorbed, and diffusely reflected with a probability according to the effective scattering coefficient and the absorption coefficient. For example, as shown in FIG. 2, when considering melanin, oxyhemoglobin, and reduced hemoglobin as this dye, the effective scattering coefficient spectrum (μs ′ (λ)) and the absorption coefficient spectrum of each melanin, oxyhemoglobin, and deoxyhemoglobin dye. The spectral reflectance R (λ) can be obtained from ε m (λ), ε oh (λ), ε dh (λ), and the concentrations C m , C oh , and C dh of the respective dyes.

より具体的には、この皮膚モデルにおいて、
表皮の減衰係数は、Cm×εm(λ) で表され、
真皮の減衰係数は、Coh×εoh(λ)+Cdh×εdh(λ) で表される。
More specifically, in this skin model,
The attenuation coefficient of the skin is expressed as C m × ε m (λ),
The attenuation coefficient of the dermis is expressed as C oh × ε oh (λ) + C dh × ε dh (λ).

実効散乱係数スペクトル(μs'(λ))や各色素の吸光係数スペクトルεm(λ)、εoh(λ)、εdh(λ)は文献値を用いることができることから、任意に各色素の濃度Cm、Coh、Cdhを設定することにより、設定した色素濃度での分光反射率R(λ)を求めることができる。 Literature values can be used for the effective scattering coefficient spectrum (μs ′ (λ)) and extinction coefficient spectra ε m (λ), ε oh (λ), and ε dh (λ) of each dye. By setting the densities C m , C oh , and C dh , the spectral reflectance R (λ) at the set dye density can be obtained.

なお、本発明において、皮膚の色素濃度から分光反射率を算出するシミュレーションモデルとしては、モンテカルロシミュレーションに限らず、例えば、クベルカ-ムンクの式 (Kubelka-Munk formula)、Adding-Doubling法 (Adding-Doubling method)、拡散理論 (Diffusion theory)、擬似皮膚を使った実測値に基づくモデルなどを使用してもよい。
現象記述の正確さと得られる複数のスペクトル間との整合性の高さから、モンテカルロシミュレーションに基づくモデルが好ましい。
In the present invention, the simulation model for calculating the spectral reflectance from the skin pigment concentration is not limited to the Monte Carlo simulation. For example, the Kubelka-Munk formula, the Adding-Doubling method (Adding-Doubling method) method), diffusion theory, and models based on actual measurements using simulated skin.
A model based on Monte Carlo simulation is preferable because of the accuracy of the phenomenon description and the high consistency between the obtained spectra.

こうして得られた分光反射率R(λ)は、吸光度スペクトルA=log(1/R)により、吸光度スペクトルに変換し、さらにメラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの各色素の吸光係数スペクトルεm(λ)、εoh(λ)、εdh(λ)を説明変数として式(1)aのように重回帰分析し、回帰パラメータam、aoh及びadhと切片a0を求める。 The spectral reflectance R (λ) thus obtained is converted into an absorbance spectrum by the absorbance spectrum A = log (1 / R), and further the extinction coefficient spectrum ε m (λ of each pigment of melanin, oxidized hemoglobin, and reduced hemoglobin. ), Ε oh (λ), ε dh (λ) are used as explanatory variables, and multiple regression analysis is performed as in equation (1) a to obtain regression parameters a m , a oh and a dh and an intercept a 0 .

この色素の濃度Cm、Coh及びCdhと回帰パラメータam、aoh及びadhを、種々の色素濃度Cm、Coh及びCdhの組み合わせについて取得し、色素濃度Cm、Coh及びCdhと回帰パラメータam、aoh及びadhとの関係式Fm、Foh、Fdhを求める。 The concentration C m of the dye, C oh and C dh and the regression parameters a m, a a oh and a dh, obtained for various combinations of dye concentration C m, C oh and C dh, dye concentration C m, C oh , C dh and regression parameters a m , a oh, and a dh , F m , F oh , and F dh are obtained.

関係式の具体的な取得方法としては、例えば、次式のように多項式近似をすることができる。   As a specific acquisition method of the relational expression, for example, polynomial approximation can be performed as in the following expression.

色素濃度Cm、Coh及びCdhと回帰パラメータam、aoh及びadhとの関係式Fm、Foh、Fdhを求める手法としては、多項式近似に代えて、ルックアップテーブルによる対応付け、直線近似、指数関数近似、対数関数近似等を用いても良い。 As a method for obtaining the relational expressions F m , F oh , and F dh of the dye concentrations C m , C oh, and C dh and the regression parameters a m , a oh, and a dh, it is possible to use a lookup table instead of polynomial approximation. Appendices, linear approximation, exponential function approximation, logarithmic function approximation, etc. may be used.

本発明において、上述の図2に示した関係式Fm、Foh、Fdhの求め方は、皮膚内にさらに他の色素が存在する場合、例えば、カロテン、ビリルビン、AGEsなどが存在する場合にも適用することができ、式(2)を求めることができる。 In the present invention, the relational expressions F m , F oh , and F dh shown in FIG. 2 described above are obtained when there are other pigments in the skin, for example, when carotene, bilirubin, AGEs, etc. are present. (2) can also be obtained.

一方、本発明の方法においては、上述の関係式Fi(a1,a2,…,aN)とは別に、被験者の皮膚の吸光度スペクトルを取得する。吸光度スペクトルの取得方法は、皮膚の狭い領域に所定波長の光を入射させると共にその領域から受光した反射光の平均値を用いる、所謂一点計測の分光反射率測定装置を使用してもよいが、皮膚の代謝や血行状態の観察のし易さの点から皮膚の内部反射光の撮像により求めることが好ましい。 On the other hand, in the method of the present invention, an absorbance spectrum of the subject's skin is obtained separately from the above-described relational expression F i (a 1 , a 2 ,..., A N ). The method for obtaining the absorbance spectrum may use a so-called single-point spectral reflectance measurement device that makes light of a predetermined wavelength incident on a narrow region of the skin and uses an average value of reflected light received from the region, From the viewpoint of easy observation of the metabolism and blood circulation state of the skin, it is preferable to obtain by imaging the internal reflection light of the skin.

例えば、図1に示す撮像系のように、被験者1に、第1の偏光フィルタ2aを通して光源3から光を入射させ、第2の偏光フィルタ2bを備えた波長可変フィルタ4を通してデジタルカメラ5で皮膚画像を撮る。この場合、第1の偏光フィルタ2aと第2の偏光フィルタ2bの偏光方向を直交させることにより、第2の偏光フィルタ2aで被験者1の皮膚からの表面反射光を遮光し、皮膚の色情報を担う内部反射光のみがデジタルカメラ5で受光されるようにする。   For example, as in the imaging system shown in FIG. 1, light is incident on the subject 1 from the light source 3 through the first polarizing filter 2a, and the digital camera 5 passes through the wavelength variable filter 4 including the second polarizing filter 2b. Take an image. In this case, by making the polarization directions of the first polarizing filter 2a and the second polarizing filter 2b orthogonal, the second polarizing filter 2a shields the surface reflected light from the skin of the subject 1, and the skin color information is obtained. Only the internally reflected light to be carried is received by the digital camera 5.

光源3としては、白色光を発するハロゲンランプ、メタルハロゲンランプ等を使用する。光源3は、平行光を発するものでも拡散光を発するものでもよい。本発明の方法によれば、取得画像内の陰影に関係なく皮膚中の色素濃度を正確に測定できるため、光源としては、被写体に陰影を形成するものでも使用することができる。好ましくは、入射角0〜45°の範囲で被験者1の皮膚に光を出射するものを使用する。   As the light source 3, a halogen lamp that emits white light, a metal halogen lamp, or the like is used. The light source 3 may emit parallel light or diffuse light. According to the method of the present invention, the pigment concentration in the skin can be accurately measured regardless of the shadow in the acquired image. Therefore, even a light source that forms a shadow on the subject can be used. Preferably, the one that emits light to the skin of the subject 1 within an incident angle range of 0 to 45 ° is used.

波長可変フィルタ4は、コントローラ6の制御により透過波長を変更する。これにより、例えば、波長500nmから20nm間隔で撮像波長をずらしながら、内部反射光画像を繰り返し撮る。この場合、白色板の明るさを基準に、波長領域ごとの感度を揃えることが好ましい。   The wavelength tunable filter 4 changes the transmission wavelength under the control of the controller 6. Thereby, for example, the internally reflected light image is repeatedly taken while shifting the imaging wavelength from the wavelength of 500 nm to 20 nm. In this case, it is preferable to align the sensitivity for each wavelength region based on the brightness of the white plate.

デジタルカメラ5は、全測定波長領域に渡って感度を有するカメラであれば、モノクロカメラで充分であるが、カラーカメラでも差し支えない。   As the digital camera 5, a monochrome camera is sufficient as long as the camera has sensitivity over the entire measurement wavelength region, but a color camera may be used.

こうしてデジタルカメラ5で撮影した画像は、パーソナルコンピュータ等の演算装置7に保存する。演算装置7は、各ピクセルの画素値から、各ピクセルごとに反射率を算出する。撮影にカラーカメラを用いた場合は、画素値としてRGB各画素値の重み付き平均を用いればよく、測定波長に対する感度を有する特定の画素のみを用いても良い。演算装置7において、画素値から分光反射率を算出させるためには、画像処理が可能なプログラミング環境を用いて、波長ごとに白色板の画素値を反射率に変換するための係数を求め、その係数を該波長画像全体に適用すればよい。このようなプログラミング環境としては、MATLAB(Mathworks社製)等を使用することができる。   The image thus captured by the digital camera 5 is stored in the arithmetic device 7 such as a personal computer. The arithmetic unit 7 calculates the reflectance for each pixel from the pixel value of each pixel. When a color camera is used for photographing, a weighted average of RGB pixel values may be used as the pixel value, and only specific pixels having sensitivity to the measurement wavelength may be used. In the arithmetic unit 7, in order to calculate the spectral reflectance from the pixel value, using a programming environment capable of image processing, a coefficient for converting the pixel value of the white plate into the reflectance for each wavelength is obtained. A coefficient may be applied to the entire wavelength image. As such a programming environment, MATLAB (manufactured by Mathworks) or the like can be used.

演算装置7は、分光反射率を吸光度スペクトルに変換し、さらにそれを各色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(i=1,2,…,N)を説明変数として重回帰分析することにより回帰パラメータai(i=1,2,…,N)を算出する。 The arithmetic unit 7 converts the spectral reflectance into an absorbance spectrum, and further performs multiple regression analysis using the absorption coefficient spectrum ε i (λ) (i = 1, 2,..., N) of each dye as an explanatory variable. Regression parameters a i (i = 1, 2,..., N) are calculated.

また、この演算装置7には、前述の色素濃度Ci=Fi(a1,a2,・・・aN)と回帰パラメータai(i=1,2,…,N)との関係式 In addition, the arithmetic unit 7 includes a relationship between the above-described dye concentration C i = F i (a 1 , a 2 ,... A N ) and the regression parameter a i (i = 1, 2,..., N). formula

を記憶させておき、この関係式(2)と、被験者の内部反射光画像から取得した分光反射率から算出した回帰パラメータai(i=1,2,…,N)から各色素濃度Ci(i=1,2,…,N)を算出できるようにすることが好ましい。より具体的には、色素としてメラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンを考える場合、前述の式(2)a Are stored, and each dye concentration C i is calculated from this relational expression (2) and the regression parameters a i (i = 1, 2,..., N) calculated from the spectral reflectance obtained from the internally reflected light image of the subject. It is preferable to be able to calculate (i = 1, 2,..., N). More specifically, when considering melanin, oxygenated hemoglobin, and reduced hemoglobin as pigments, the above formula (2) a

と、メラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの各色素の回帰パラメータam、aoh及びadhから、メラニン、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの各色素濃度Cm、Coh及びCdhを算出する。 From the regression parameters a m , a oh and a dh of the pigments of melanin, oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin, the pigment concentrations C m , C oh and C dh of melanin, oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin are calculated.

さらに、被験者の皮膚画像の各ピクセルについて算出した各色素濃度Ci(i=1,2,…,N)の一つ又は任意の組み合わせを全ピクセルで表示させ、皮膚色素画像を形成することが好ましい。こうして得られる皮膚色素画像は、陰影の影響がなく、色素の正確な濃度分布を示すものとなる。 Furthermore, one or any combination of each pigment concentration C i (i = 1, 2,..., N) calculated for each pixel of the subject's skin image may be displayed in all pixels to form a skin pigment image. preferable. The skin pigment image thus obtained is not affected by the shadow and shows an accurate concentration distribution of the pigment.

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.

実施例1、比較例1
図1に示した撮像系で被験者の前腕内側の皮膚の内部反射光画像を、波長500nm〜600nmの間を20nm間隔で撮影して分光反射率を求めた。この場合、カメラの左右に配した光源が測定部位をできるだけむらなく照らすようにし設置し、画像に陰影ができないようにした。また、波長可変フィルタとして、VariSpec(CRi社製)を用いた。
Example 1 and Comparative Example 1
With the imaging system shown in FIG. 1, the internal reflection light image of the skin on the inner side of the forearm of the subject was photographed at intervals of 20 nm between wavelengths of 500 nm to 600 nm to obtain the spectral reflectance. In this case, the light sources placed on the left and right sides of the camera were installed so as to illuminate the measurement site as evenly as possible so that the image was not shaded. In addition, VariSpec (manufactured by CRi) was used as the wavelength tunable filter.

得られた分光反射率を、メラニンの吸光係数スペクトルεm(λ)、酸化ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεoh(λ)及び還元ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεdh(λ)を説明変数として重回帰分析することにより回帰パラメータam、aoh、adh及び切片am0を算出した。この場合、メラニンの吸光係数スペクトルεm(λ)、酸化ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεoh(λ)及び還元ヘモグロビンの吸光係数スペクトルεdh(λ)は、次の文献に記載されている値を用いた。こうして得た回帰パラメータを図3(上段)に示す。 The obtained spectral reflectance is subjected to multiple regression analysis using the extinction coefficient spectrum ε m (λ) of melanin, the extinction coefficient spectrum ε oh (λ) of oxidized hemoglobin, and the extinction coefficient spectrum ε dh (λ) of reduced hemoglobin as explanatory variables. Thus, the regression parameters a m , a oh , a dh and the intercept a m0 were calculated. In this case, the values described in the following documents are used for the extinction coefficient spectrum ε m (λ) of melanin, the extinction coefficient spectrum ε oh (λ) of oxyhemoglobin, and the extinction coefficient spectrum ε dh (λ) of reduced hemoglobin. It was. The regression parameters thus obtained are shown in FIG.

IEEE Trans.Biomed.Eng.36(1989) 1146‐1154
http://omlc.ogi.edu/news/jan98/skinoptics.html
http://omlc.ogi.edu/spectra/
SPIE Proc. 3252(1998) 70‐82
J.Invest Dermatol 77,1(1981) 13‐19
IEEE Trans. Biomed. Eng. 36 (1989) 1146-1154
http://omlc.ogi.edu/news/jan98/skinoptics.html
http://omlc.ogi.edu/spectra/
SPIE Proc. 3252 (1998) 70-82
J. et al. Invest Dermatol 77, 1 (1981) 13-19

一方、計算ソフト「MCML」(Computer Methods and Programs in Biomedicine 47:131-146 (1995))を使用し、メラニン、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンを含む皮膚モデルの分光反射スペクトルをモンテカルロシミュレーションモデル(Journal of Biomedical Optics 9(4):700-710 (2004))から求め、さらに吸光度スペクトルに換算した。   On the other hand, using the calculation software “MCML” (Computer Methods and Programs in Biomedicine 47: 131-146 (1995)), the spectral reflectance spectrum of a skin model containing melanin, oxidized hemoglobin and reduced hemoglobin is converted to a Monte Carlo simulation model (Journal of Biomedical). Optics 9 (4): 700-710 (2004)) and further converted to an absorbance spectrum.

この場合、皮膚モデルは、表皮厚0.006cm、真皮厚0.494cmとし、表皮にメラニンが含まれ、真皮にヘモグロビンが含まれるとした。
表皮及び真皮の屈折率は1.4で一定とした。
分光波長は、500、520、540、560、580、600nmの6条件とした。
メラニン濃度は、1〜10%の間で1%ごとの10条件とし、ヘモグロビン濃度は、0.2〜1.0%の間で0.2%ごとの5条件とし、酸素飽和度は、0〜100%の間で20%ごとの6条件とした。ここで、メラニン濃度は、吸光度がJournal of Photochemistry and Photobiology Vol.53 No.6 769-775で与えられたメラノソームの吸光度と等しくなるときの濃度を100%としたときの比率である。また、酸化、還元ヘモグロビン濃度は、それぞれヘマトクリット45%の血液の酸素飽和度100%、0%のときの濃度を100%としたときの比率である。
In this case, the skin model has an epidermis thickness of 0.006 cm and a dermis thickness of 0.494 cm. The epidermis contains melanin and the dermis contains hemoglobin.
The refractive index of the epidermis and dermis was constant at 1.4.
The spectral wavelength was set to 6 conditions of 500, 520, 540, 560, 580, and 600 nm.
The melanin concentration is 10 conditions every 1% between 1-10%, the hemoglobin concentration is 5 conditions every 0.2% between 0.2-1.0%, and the oxygen saturation is between 0-100%. Six conditions were set every 20%. Here, the melanin concentration is a ratio when the concentration is 100% when the absorbance is equal to the absorbance of melanosomes given in Journal of Photochemistry and Photobiology Vol.53 No.6 769-775. Oxidized and reduced hemoglobin concentrations are ratios when the blood oxygen saturation of hematocrit 45% is 100% and the concentration when 0% is 100%.

そこで、6×10×5×6=1800条件の反射率を計算し、10×5×6=300条件の分光反射率を取得し、10×5×6=300条件の色素濃度と回帰パラメータの対を取得し、2次の多項式近似を行うことにより回帰パラメータam、aoh及びadhと色素濃度Cm、Coh及びCdhとの関係式Cm=F1 m(am,aoh,adh)、Coh=F1 oh(am,aoh,adh)、Coh=F1 oh(am,aoh,adh)を取得した(実施例1)。 Therefore, the reflectance of 6 × 10 × 5 × 6 = 1800 conditions is calculated, the spectral reflectance of 10 × 5 × 6 = 300 conditions is obtained, and the dye concentration and regression parameters of 10 × 5 × 6 = 300 conditions are obtained. By obtaining a pair and performing quadratic polynomial approximation, the relationship between the regression parameters a m , a oh and a dh and the dye concentrations C m , C oh and C dh C m = F 1 m (a m , a oh, a dh), C oh = F 1 oh (a m, a oh, a dh), C oh = F 1 oh (a m, a oh, were obtained a dh) (example 1).

また、同様にして、回帰パラメータ、am、ath(ath=aoh+adh)、a0を用いて
関係式Cm=F2 m(am,ath,a0)、Cth=F2 th(am,ath,a0)を取得した(比較例1)。
Similarly, using the regression parameters, a m , a th (a th = a oh + a dh ), a 0 , the relational expression C m = F 2 m (a m , a th , a 0 ), C th = F 2 th (a m , a th , a 0 ) was obtained (Comparative Example 1).

図3(上段)は、被験者の肌画像から得られた切片a0及び回帰パラメータam、aoh及びadh(実施例1、比較例1共通)である。モンテカルロシミュレーションから、切片a0がおよそ0.13から0.43の値をとることが予想されている。一方で、実施例1又は比較例1における画像中央付近では切片a0=約2.3程度であった。このa0の値は、前出のモンテカルロシミュレーションによる切片a0の値と比べて大きく乖離しているので、切片a0の値には肌の凹凸や照明の影響により意図しない陰影が反映されていると考えられる。 FIG. 3 (upper) shows the intercept a 0 and regression parameters a m , a oh and a dh obtained from the skin image of the subject (common to Example 1 and Comparative Example 1). From the Monte Carlo simulation, it is expected that the intercept a 0 takes a value of approximately 0.13 to 0.43. On the other hand, in the vicinity of the center of the image in Example 1 or Comparative Example 1, the intercept a 0 was about 2.3. The value of this a 0, since deviates larger than the value of the intercept a 0 by Monte Carlo simulations, supra, the value of the intercept a 0 reflects the unintended shading due to the influence of skin irregularities and lighting It is thought that there is.

実施例1、比較例1のそれぞれで各色素濃度を求める関係式F1 m、F1 oh、F1 dh、F2 m、F2 thと、図3(上段)に示した回帰パラメータとから、実施例1、比較例1のそれぞれについてメラニン濃度と総ヘモグロビン濃度を求めた。このメラニン濃度と総ヘモグロビン濃度を画像の全ピクセルにおいて求め、表示させた。これを図5に示す。図5から、実施例1及び比較例1のいずれの方法でもメラニン濃度と総ヘモグロビン濃度が測定されているが、比較例1の画像はピンボケになっている。これは、実施例1及び比較例1の測定部位には、意図的に陰影を形成していないものの、肌状態や撮影条件等で生じた細かな陰影のため、比較例1の方法ではメラニン濃度や総ヘモグロビン濃度が正確には測定されていないことによる。 From the relational expressions F 1 m , F 1 oh , F 1 dh , F 2 m , F 2 th for obtaining the dye concentrations in Example 1 and Comparative Example 1, respectively, and the regression parameters shown in FIG. For each of Example 1 and Comparative Example 1, the melanin concentration and the total hemoglobin concentration were determined. This melanin concentration and total hemoglobin concentration were determined and displayed in all pixels of the image. This is shown in FIG. From FIG. 5, the melanin concentration and the total hemoglobin concentration are measured by any of the methods of Example 1 and Comparative Example 1, but the image of Comparative Example 1 is out of focus. This is because the measurement site of Example 1 and Comparative Example 1 did not intentionally form a shadow, but because of the fine shadow caused by the skin condition, imaging conditions, etc., the melanin concentration in the method of Comparative Example 1 Or because the total hemoglobin concentration is not accurately measured.

実施例2、比較例2
実施例1において画像を撮る際に、図4に示すように、カメラの左右に配置した2つある光源の内一方の光源3と被写体1との間に三日月型の遮蔽物8をおいてカメラ5で撮影される画像に意図的に明らかな陰影(三日月型の影)をつけ、この陰影付の画像を用いて実施例1、比較例1を繰り返した。なお、被験者の測定部位は実施例1と同じである。
Example 2 and Comparative Example 2
When taking an image in the first embodiment, as shown in FIG. 4, a crescent-shaped shield 8 is placed between the subject 1 and one of the two light sources arranged on the left and right of the camera. A clear shadow (a crescent moon-shaped shadow) was intentionally added to the image photographed in Step 5, and Example 1 and Comparative Example 1 were repeated using this shaded image. Note that the measurement site of the subject is the same as in Example 1.

図3(下段)は、陰影付の被験者の肌画像から得られた回帰パラメータ(実施例2、比較例2共通)である。同図から、陰影付画像では、与えた陰影の影響が回帰パラメータの切片a0に現れており、このことから切片a0が色素濃度を正しく反映していないことがわかる。 FIG. 3 (lower row) shows regression parameters (common to Example 2 and Comparative Example 2) obtained from the skin image of the subject with shading. From the figure, it can be seen that in the shaded image, the influence of the given shadow appears in the regression parameter intercept a 0 , which indicates that the intercept a 0 does not correctly reflect the pigment concentration.

図3(下段)の回帰パラメータと、実施例1及び比較例1で求めたそれぞれの関係式F1 m、F1 oh、F1 dh、F2 m、F2 thから実施例2及び比較例2のメラニン濃度及び総ヘモグロビン濃度を画像の全ピクセルについて求め、図5に示した。図5から、比較例2によれば、メラニン画像にも総ヘモグロビン画像にも遮蔽物8の陰影が映っており、色素濃度が正しく測定されていないのに対し、実施例2では陰影の影響が完全に除かれていることがわかる。 Example 2 and Comparative Example from the regression parameters in FIG. 3 (lower) and the respective relational expressions F 1 m , F 1 oh , F 1 dh , F 2 m , and F 2 th obtained in Example 1 and Comparative Example 1 A melanin concentration of 2 and total hemoglobin concentration were determined for all pixels of the image and are shown in FIG. From FIG. 5, according to Comparative Example 2, the shadow of the shielding object 8 is reflected in both the melanin image and the total hemoglobin image, and the pigment concentration is not correctly measured. It can be seen that it has been completely removed.

1 被験者
2a 第1の偏光フィルタ
2b 第2の偏光フィルタ
3 光源
4 波長可変フィルタ
5 デジタルカメラ
6 コントローラ
7 演算装置
8 遮蔽物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test subject 2a 1st polarizing filter 2b 2nd polarizing filter 3 Light source 4 Wavelength variable filter 5 Digital camera 6 Controller 7 Computing device 8 Shielding object

Claims (7)

皮膚の色素濃度から分光反射率を算出するシミュレーションモデルに基づき、複数の色素を含む皮膚モデルの吸光度スペクトルを、各色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(色素の種類をNとしてi=1,2,…,N、 以下同じ)を用いて、各色素濃度Ci(i=1,2,…,N)の組み合わせが異なる複数の場合について求め、得られた複数の皮膚モデルの吸光度スペクトルを、各色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(i=1,2,…,N)を説明変数として重回帰分析することにより、以下の重回帰式(1)で得られる回帰パラメータai(i=1,2,…,N)の組を複数求め、
得られた複数の回帰パラメータai(i=1,2,…,N)と前記複数の色素濃度Ci(i=1,2,…,N)とから次式(2)の関係式Fi(i=1,2,…,N)を求め、
一方、被験者の皮膚の吸光度スペクトルを取得し、その吸光度スペクトルを、各色素の吸光係数スペクトルεi(λ)(i=1,2,…,N)を説明変数として重回帰分析することにより、被験者の皮膚の吸光度スペクトルの回帰パラメータai(i=1,2,…,N)を求め、この回帰パラメータai(i=1,2,…,N)と前述の関係式Fi(i=1,2,…,N)とから、被験者の皮膚の複数の色素濃度Ci(i=1,2,…,N)のうち少なくとも一つを求める皮膚色素濃度測定方法。
Based on the simulation model for calculating the spectral reflectance from the skin pigment concentration, the absorbance spectrum of the skin model including a plurality of pigments is expressed as the extinction coefficient spectrum ε i (λ) of each pigment (i = 1, 2, ..., N, the same shall apply hereinafter), and the absorbance spectra of the obtained skin models are obtained for a plurality of cases where each combination of pigment concentrations C i (i = 1, 2, ..., N) is different. By performing multiple regression analysis using the extinction coefficient spectrum ε i (λ) (i = 1, 2,..., N) of each dye as an explanatory variable, a regression parameter a i ( i = 1,2, ..., N)
From the plurality of regression parameters a i (i = 1, 2,..., N) and the plurality of dye concentrations C i (i = 1, 2,..., N), the relational expression F in the following equation (2) i (i = 1,2, ..., N)
On the other hand, the absorbance spectrum of the subject's skin is obtained, and the absorbance spectrum is subjected to multiple regression analysis using the extinction coefficient spectrum ε i (λ) (i = 1, 2,..., N) of each dye as an explanatory variable. A regression parameter a i (i = 1, 2,..., N) of the absorbance spectrum of the skin of the subject is obtained, and this regression parameter a i (i = 1, 2,..., N) and the above-described relation F i (i = 1, 2,..., N), and at least one of a plurality of pigment concentrations C i (i = 1, 2,..., N) of the skin of the subject is determined.
皮膚の色素濃度と分光反射率とのシミュレーションモデルとして、皮膚のモンテカルロシミュレーションを使用する請求項1記載の皮膚色素濃度測定方法。   The skin pigment concentration measuring method according to claim 1, wherein a skin Monte Carlo simulation is used as a simulation model of skin pigment concentration and spectral reflectance. 被験者の皮膚の吸光度スペクトルを、被験者の皮膚の内部反射光画像から求める請求項1又は2記載の皮膚色素濃度測定方法。   The skin pigment concentration measuring method according to claim 1 or 2, wherein an absorbance spectrum of the subject's skin is obtained from an internal reflection image of the subject's skin. メラニン濃度Cm、酸化ヘモグロビン濃度Coh、及び還元ヘモグロビン濃度Cdhの少なくとも一つの色素濃度を求める請求項1〜3のいずれかに記載の皮膚色素濃度測定方法。 The skin pigment concentration measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one pigment concentration of a melanin concentration Cm , an oxidized hemoglobin concentration Coh , and a reduced hemoglobin concentration Cdh is obtained. 被験者の皮膚の内部反射光画像の各ピクセルについて、請求項1〜3のいずれかに記載の方法により皮膚の少なくとも一つの色素濃度を求め、その色素濃度の分布画像を形成する皮膚色素画像の形成方法。   The formation of a skin pigment image for determining at least one pigment concentration of the skin by the method according to any one of claims 1 to 3 and forming a distribution image of the pigment concentration for each pixel of the internally reflected light image of the subject's skin Method. メラニン濃度Cm、酸化ヘモグロビン濃度Coh、及び還元ヘモグロビン濃度Cdhの少なくとも一つの色素濃度の分布画像を形成する請求項5記載の皮膚色素画像の形成方法。 6. The method of forming a skin pigment image according to claim 5, wherein a distribution image of at least one pigment concentration of melanin concentration C m , oxidized hemoglobin concentration C oh , and reduced hemoglobin concentration C dh is formed. 請求項5又は6記載の方法により形成した皮膚色素画像。   A skin pigment image formed by the method according to claim 5 or 6.
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