CN109906370A - 光学相干断层图像摄像装置及测量方法 - Google Patents

光学相干断层图像摄像装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学相干断层图像摄像装置，其具备同时射出RGB三色的低相干光的光源部，对测定对象照射RGB三色的低相干光，按RGB色检测基于其反射光与参照光的干涉光来生成全彩光干涉断层图像，所述光学相干断层图像摄像装置中，图像生成部具备校正处理部，所述校正处理部计算R、G、B三色的干涉光信号强度的与第1深度区域中的信号衰减有关的衰减相关值，并根据衰减相关值对比第1深度区域深的第2深度区域的信号强度进行校正来求出干涉光的校正信号。

Description

光学相干断层图像摄像装置及测量方法
技术领域
本发明涉及一种光学相干断层图像摄像装置，尤其涉及一种能够获取全彩光学相干断层图像的光学相干断层图像摄像装置。并且，本发明涉及一种使用光学相干断层图像摄像装置的测量方法。
背景技术
在化妆品或医药品的开发及医疗中，观察皮肤内部的状态是重要的。在欧州，在2013年春全面禁止了进行动物实验的化妆品的贩卖，因此以非破坏且非侵入的方式观察人体皮肤的方法的必要性正在增多。
作为非破坏、非侵入的断层图像摄像法之一，已知有光学相干断层图像摄像装置(以下有时称为OCT(Optical Coherence Tomography，光学相干断层扫描)装置。)。这是一种利用了光干涉的断层摄像法，从1990年代一直进行开发，主要应用于眼底检查等，通常使用近红外光(1.3μm或1.5μm)。
由于实用化的近红外OCT装置的深度分辨率约为20μm左右，不适合皮肤的高分辨率的观测。皮肤的层结构从表面侧为角质(厚度10～30μm)、表皮(厚度100～300μm)、真皮(厚度1mm以上)，分辨率为20μm是不够的。
与此相对，一直进行利用紫外～可见光区域来提高分辨率的可视分光OCT装置的开发，在日本特开2013-108766号公报、日本特开2015-163862号公报及日本特表2007-523386号公报等中提出有能够观察可见光的皮肤内的散射的模样的装置。
在日本特开2013-108766号公报中记载有如下方法：通过各色的SLD(SuperLuminescent Diode，超辐射发光二极管)光源分别产生可见光区域的红(R)、绿(G)、蓝(B)的低相干光，将粉底涂布于皮肤的仿制品上对表面凹凸及粉底层的厚度进行了评价。但是，由于日本特开2013-108766号公报中所公开的RGB-OCT装置作为可见光区域的光源，具备R、G、B各色的SLD光源而构成，限定于所具备的光源的波长中的测定，无法进行任意色中的测定。
另一方面，由于日本特开2015-163862号公报中所公开的OCT装置具有在光源部切取白色光源与任意波长区域的光谱成型部，能够获取使用了可见光区域的任意波长的光学相干断层图像。
并且，在与人体皮肤有关的领域中，已知有一种被称为“黄葫芦”的现象，其为人的皮肤内部随着年龄的增长而变黄。认为通过对皮肤照射紫外线，并触发真皮中的蛋白质的氧化反应等而引起。需要一种能够观察这种皮肤内部的颜色的测定装置。
想知道物体内部的颜色的需求，不仅是皮肤，而且还广泛存在于车身等以多层涂装色材的系统或绘画等美术品、食品的腐蚀检查、内脏的医疗诊断等领域中。因此，展望还可以应用于在深度方向以非破坏定量结构内部的色泽的方法，对能够获取测定对象内部的全彩光学相干断层图像(以下有时称为OCT图像。)的装置的强烈需求。
但是，已叙述的日本特开2013-108766号公报及日本特开2015-163862号公报等中，主要实现通过比较单色的OCT图像来进行内部结构的分析等，并且没有假设获取全彩图像。
另一方面，在Francisco E.Robles,Christy Wilson,Gerald Grant&Adam Wax,“Molecular imaging true-color spectroscopic optical coherence tomography”,Nature Photonics 5,744-747(1December 2011)中，在活体老鼠的皮肤上得到了色度再现的OCT图像。具体而言，在较薄地拉伸色素非常淡的患白化病的老鼠的背面的皮肤并夹在腔室中在固定的状态下，测定OCT图像，能够获取超过130μm的比较深处的信息。
并且，日本特表2007-523386号公报中，提出有能够获取全彩OCT图像的装置。
发明内容
发明要解决的技术课题
照射到测定对象的表面的测定光侵入到测定对象内部，在内部散射而返回到表面侧，并通过透镜等光学部件用检测器进行检测。此时，实际上产生基于存在于测定对象中的色素的光的吸收或基于散射的光的衰减。因此，即使能够检测基于来自测定对象的内部的散射光的信号(干涉光)，其散射光的色为包含光吸收等影响的假色，不能说是真色。
在Francisco E.Robles,Christy Wilson,Gerald Grant&Adam Wax,“Molecularimaging true-color spectroscopic optical coherence tomography”,NaturePhotonics 5,744-747(1December 2011)中，由于将色素较薄且光容易透射的患白化病的老鼠作为测定对象，并在拉伸老鼠的背面的皮肤而固定的状态下进行了测定，能够进行良好的拍摄，但是对色素较浓的人体皮肤或涂装膜等难以测定到同样深的区域，并认为无法测定真色。并且，日本特表2007-523386号公报中，由于没有考虑基于测定对象内部的颜色素的光的吸收等的影响，即使获得全彩OCT图像，最终也是假色，无法观察真色。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够获取测定对象内部的真色的光学相干断层图像摄像装置及使用了光学相干断层图像摄像装置的测量方法。
用于解决技术课题的方案
本发明的光学相干断层图像摄像装置具有：光源部，同时射出红色波长的低相干光、绿色波长的低相干光及蓝色波长的低相干光；
光分割部，将从光源部射出的低相干光分割成测定光与参照光；
测定光照射光学系统，对测定对象照射测定光；
合波部，重合来自测定光照射到测定对象时的测定对象的反射光与参照光；
干涉光检测部，检测通过合波部合波的反射光与参照光的干涉光；及
图像生成部，从通过干涉光检测部检测的干涉光生成测定对象的光学相干断层图像，
图像生成部计算红色波长、绿色波长及蓝色波长的干涉光的信号强度的与第1深度区域中的信号衰减有关的衰减相关值，并根据衰减相关值对比第1深度区域深的第2深度区域的信号强度进行校正来求出干涉光的校正信号，分别使用针对红色波长、绿色波长及蓝色波长求出的校正信号来生成全彩光学相干断层图像。
本发明的光学相干断层图像摄像装置中，能够将图像生成部设为具备：衰减常数计算部，计算红色波长、绿色波长及蓝色波长的干涉光的信号强度的第1深度区域中的衰减常数来作为衰减相关值；及信号校正运算部，使用通过衰减常数计算部得到的衰减常数，对第2深度区域中的信号强度进行校正来求出校正信号。
本发明的光学相干断层图像摄像装置中，还具备分光反射率测定部，对测定对象的表面中的分光反射率进行测定，也可以将图像生成部设为具备：色素浓度计算部，从分光反射率求出第1深度区域中所包含的色素的浓度；及信号校正运算部，根据色素浓度计算部中所得到的色素的浓度，求出基于色素的光的衰减量来作为衰减相关值，对第2深度区域中的信号强度进行校正来求出校正信号。
其中，色素浓度计算部中，能够求出作为色素的黑色素的浓度。
本发明的光学相干断层图像摄像装置中，优选红色波长为612nm、绿色波长为537nm、蓝色波长为448nm。其中所指的波长为从光源部射出的低相干光的各色中的峰值波长。
另外，从光源部射出的各色的低相干光具有以峰值波长为中心的大致高斯分布形状的光谱。
本发明的光学相干断层图像摄像装置中，优选干涉光检测部还分别具备检测红色波长的干涉光的光检测器、检测绿色波长的干涉光的光检测器及检测蓝色波长的干涉光的光检测器。
本发明的光学相干断层图像摄像装置中，可以为光谱域型，也可以为时域型，但是从缩短测定时间的观点考虑，优选光谱域型。
尤其优选，具备第1柱面透镜，作为测定光照射光学系统对测定对象以线状照射测定光，在合波部与干涉光检测部之间具备第1柱面透镜与彼此的圆筒轴垂直配置的第2柱面透镜，干涉光检测部分光检测干涉光，图像生成部通过傅立叶变换将基于通过干涉光检测部分光检测的干涉光的信号变换成深度信息的构成的光谱域型光学相干断层图像摄像装置。
本发明的测量方法中，使用本发明的光学相干断层图像摄像装置，
对测定对象照射测定光，
检测参照光与来自测定对象的反射光的干涉光，
生成测定对象的光学相干断层图像，
在图像显示装置显示光学相干断层图像，从干涉光求出测定对象的表面或内部的光学特征来显示于图像显示装置。
作为光学特征，可举出测定对象的表面或内部的任意位置中的反射光强度、反射光强度的深度方向分布或者衰减常数等。其中，反射光强度也包括在由散射光引起的光。
作为测定对象，可举出涂膜或人体皮肤、植物、印刷物、无法破坏的绘画、贵重的古美术品等。
测定对象为人体皮肤时，优选生成对人体皮肤涂布任意化妆品或医药品之前及之后的各自情况的关于人体皮肤的光学相干断层图像，求出光学特征，在图像显示装置分别表示涂布前及涂布后的光学相干断层图像及光学特征。并且，由于难以固定人体皮肤以使其在测定时间内不以微米级别移动，优选一次性测定。
发明效果
根据本发明的光学相干断层图像摄像装置，图像生成部计算红色波长、绿色波长及蓝色波长的干涉光的信号强度的与第1深度区域中的信号衰减有关的衰减相关值，并根据衰减相关值对比第1深度区域深的第2深度区域的信号强度进行校正来求出干涉光的校正信号，分别使用针对红色波长、绿色波长及蓝色波长求出的校正信号来生成全彩光学相干断层图像，因此能够获取测定对象内部的真色。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的光学相干断层图像摄像装置的整体构成的示意图。
图2是表示光源部中所具备的光谱形成部的透射率分布的图。
图3A是表示第1干涉滤光器的反射率分布的图。
图3B是表示第2干涉滤光器的反射率分布的图。
图3C是表示第2干涉滤光器的透射率分布的图。
图4是表示图像生成部的具体的构成例1的框图。
图5是表示图像生成部的具体的构成例2的框图。
图6A是由第1及第2深度区域构成的皮肤的剖面示意图。
图6B是由第1～第n深度区域构成的皮肤的剖面示意图。
图7是3层结构的涂膜的剖面示意图。
图8A是用于说明彩色化的顺序的图(其1)
图8B是用于说明彩色化的顺序的图(其2)
图8C是用于说明彩色化的顺序的图(其3)
图9是模特皮肤的示意图。
图10是表示白皮肤模特的外观(A)及OCT图像(B)的图。
图11是表示深黄色皮肤模特的外观(A)及OCT图像(B)的图。
图12是本实施方式的光学相干断层图像摄像装置中通过人体皮肤测量获取的在红色、绿色及蓝色的各波长区域中获取的OCT图像。
图13A是用于说明第1校正方法的图，在绿色的波长区域中获取的OCT图像。
图13B是用于说明第1校正方法的图，是表示从图13A的图像数据获取的信号强度的深度方向上的一维分布的图。
图14是表示基于第1校正方法的校正前及校正后的全彩OCT图像的图。
图15是用于说明第2校正方法的图，是表示关于测定对象的分光反射率的图。
图16是表示基于第2校正方法的校正前及校正后的全彩OCT图像的图。
具体实施方式
以下参考附图，对本发明的光学相干断层图像摄像装置(以下称为OCT装置。)的实施方式进行说明。
图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的OCT装置1的整体构成的图。
如图1所示，本实施方式的OCT装置1具有：光源部10，射出低相干光L0；光分割部3，将从光源部10射出的低相干光L0分割成测定光L1与参照光L2；测定光照射光学系统20，对测定对象S(其中为人体皮肤)以线状照射测定光L1；合波部4，重合来自测定光L1照射到测定对象S时的测定对象S的反射光L3与参照光L2；干涉滤光器42、44，将通过合波部4合波的反射光L3与参照光L2的干涉光L4分离成R光、G光、B光；B干涉光检测部30B，分光检测干涉光L4中的B光(B干涉光)L4B；G干涉光检测部30G，分光检测G光(G干涉光)L4G；R干涉光检测部30R，分光检测R光(R干涉光)L4R；图像生成部50，从通过各干涉光检测部30R、30G、30B检测的干涉光生成测定对象的光学相干断层图像(以下称为OCT图像。)；及图像显示装置60，显示OCT图像。
光源部10同时射出红色波长的低相干光、绿色波长的低相干光及蓝色波长的低相干光，并具有光谱成型部12，所述光谱成型部12例如从射出包含遍及至少400nm～800nm的波长区域的光的单一光源11及从光源11射出的光剪切红色波长区域、绿色波长区域及蓝色波长区域来进行光谱成型。光源部10射出包含光谱成型的红色波长的低相干光、光谱成型的绿色波长的低相干光、光谱成型的蓝色波长的低相干光的低相干光L0。
光源11为至少包含400nm～800nm的可见光区域的白色光源，尤其优选射出超连续谱光的白色光源。
光谱成型部12为从光源11射出的从包含整个可见光区域的范围的光剪切任意波长区域并在高斯分布进行光谱成型的高斯滤波器。为了实现全彩的图像，优选具有分别对至少红、绿、蓝这3原色进行光谱成型并同时透射的多个峰值的、例如具有如图2所示的透射光谱的高斯滤波器。如图2所示，具有多个峰值的透射光谱的滤波器中，各个峰值具有高斯分布。
另外，R、G、B的各个波长区域为能够再现全彩的组合即可，但是优选用作448nm的蓝色的峰值波长、537nm的绿色的峰值波长及612nm的红色的峰值波长。W.A.Thornton(1973)发现了，使用计算机程序产生多个条件等色匹配对，并计算相同白色的交差波长的频度分布，这些交差波长集中在448nm、537nm及612nm附近。通过使用这些波长，白色的再现性能非常好。
另外，光源部可以分别具备射出R光的光源、射出G光的光源及射出B光的光源来代替由如上述的白色光源与光谱成型部构成的构成。作为这种光源，优选R，G及B这各色的SLD。
本实施方式中，将从光源部10射出的低相干光L0分离成测定光L1、参照光L2的光分割部3由石英板构成(以下有时称为石英板3。)，其也作为合波照射到测定对象S的测定光L1的反射光L3与参照光L2的合波部4而发挥作用。石英板3(4)构成为以低相干光L0不与其入射面呈0°的规定的入射角度(例如，45°)入射，入射到石英板3(4)的入射面的低相干光L0中将在入射面反射的光作为测定光L1来照射到测定对象S，入射到入射面的低相干光L0中将透射石英板3(4)的光作为参照光L2来入射到反射部件6。
作为光分割部3及合波部4，也能够使用通常的光束分离器、半反射镜等，但是石英板为廉价且反射光为4％左右而非常低，因此非常优选能够通过将该反射光用作测定光来抑制对人体皮肤的刺激。
另外，为了提高光程长度等光学系统的对称性，石英板5配置于测定光L1的光路上。分散补偿用石英板5的形状与作为光分割部的石英板3相同，配置成与石英板3大致平行。
在石英板3(4)与测定对象S之间具备测定光照射光学系统20。测定光照射光学系统20中具备第1柱面透镜21，构成为通过该第1柱面透镜21以沿测定对象S的表面上的一轴(图1中为纸面深度方向)方向y延伸的线状照射测定光L1。作为第1柱面透镜21，具备例如焦距f＝75mm的透镜。通过以线状照射测定光L1，能够通过短时间的一次曝光来获取二维断层图像。
另外，测定光照射光学系统20中也可以具备未图示的偏振器、变焦透镜等其他光学系统。
反射部件6例如由镜子构成，配置成将由光分割部3分离的参照光L2反射到合波部4侧。
合波部4合波通过反射部件6反射的参照光L2与来自测定对象S的反射光L3并射出到干涉光检测部侧，如已叙述，本实施方式中，合波部4由兼具光分割部3的石英板构成。
为了使参照光L2与反射光L3的干涉性良好，参照光L2与反射光L3所通过的光程长度或波长分散特性必须相同。因此，本实施方式中，在参照光L2的光路上具备与配置于测定光L1(及其反射光L3)的光路上的第1柱面透镜21相同地例如f＝75mm的柱面透镜25。并且，照射到测定对象S的测定光L1中，从测定对象S反射而返回到合波部4的反射光L3非常小，因此为了确保参照光L2与反射光L3的对称性，在参照光L2的光路上具备用于降低参照光L2的强度的中性密度滤光片(ND滤波器)27。另外，为了补偿通过中性密度滤光片27产生的光路差，在测定光L1的光路上具备光路调整机构28。光路调整机构28只要是能够补偿通过中性密度滤光片27产生的光路差的构成，则并无特别限制，但是具体而言，能够使用调整了厚度的石英板。如此，优选构成光学系统，以使参照光L2的光程长度与照射到测定对象S的基准点(其中为测定对象S的表面)的测定光L1的光程长度相等。
3个干涉光检测部30B、30G、30R进一步分光分别通过合波部4合波的反射光L3与参照光L2的干涉光L4中的B成分、G成分及R成分并对每个波长成分进行检测，并具备分光干涉光L4的分光器31及二维光检测器32。
第1干涉滤光器42反射B光，并透射其他颜色。而且，第2干涉滤光器44反射G光，并透射其他颜色。光源部10具备图2所示的分布的高斯滤波器的情况下，干涉滤光器42的反射率分布如图3A所示那样反射B光。并且，干涉滤光器44的反射率分布如图3B所示，反射G光，干涉滤光器44的透射率分布如图3C所示那样透射R光。
B干涉光检测部30B配置于接收通过第1干涉滤光器42反射的B干涉光L4B的位置，G干涉光检测部30G配置于接收通过第2干涉滤光器44反射的G干涉光L4G的位置，R干涉光检测部30R配置于接收透射第2干涉滤光器44的R干涉光L4R的位置。
作为分光器31，能够使用各种公知的技术，例如能够由衍射光栅等构成。光检测器32能够由例如CCD或者光电二极管等受光元件排列成二维状的二维光传感器构成。
通过个别的干涉光检测部30B、30G、30R的各光检测器32检测各色，因此能够提高波长分辨率，其结果，能够获取从表面直至超过130200μm的深度的范围的OCT图像。
另外，也可以为通过1个干涉光检测部检测3色的干涉光，只要二维光传感器的像素数与具备3个光检测器之情况相等，则能够获得同等程度的深度的OCT图像。
并且，在合波部4与干涉光检测部30B、30G、30R之间具备第2柱面透镜(本例中为焦距f＝150mm)26及成像透镜(焦距f＝50mm)35、36及37。
第2柱面透镜26配置成圆筒的长度方向的轴(圆筒轴)相对于配置于测定光照射光学系统20中的用于进行线状照射的第1柱面透镜21彼此垂直。
构成光检测器32的XY轴二维光传感器的受光元件沿图1中示意性地示于光检测器32中的二维XY方向排列，分光器31配置成分光干涉光L4并通过在二维光传感器上沿X轴方向排列的受光元件检测每个波长的光量。二维光传感器中，对沿Y轴方向排列的受光元件入射因测定面中的线状的测定光的每个线方向(y方向)位置的反射光而引起的干涉光。对通过第1柱面透镜21压缩的x方向的光进行傅立叶变换，由此能够得到深度方向(z方向)的信息。即，本OCT装置1中，由于对二维光传感器同时入射测定对象的面方向(y方向)及深度方向(z方向)的信息，能够通过一次曝光(一次性)获取y方向及z方向的二维光学相干断层图像。
图像生成部50例如能够由个人计算机及用于在该计算机执行图像生成处理的组装于计算机的程序构成。图4及图5是图像生成部50的第1构成例及第2构成例的框图。
如图4及图5所示，图像生成部50具备：原始信号处理部51，从通过干涉光检测部30B、30G、30R检测的各色的干涉光生成各色的光学相干断层图像数据(OCT图像数据)；校正处理部52，从各色的OCT图像数据计算红色波长、绿色波长及蓝色波长的干涉光的信号强度的与第1深度区域中的信号衰减有关的衰减相关值，并根据衰减相关值对比第1深度区域深的第2深度区域的信号强度进行校正来求出干涉光的校正信号；及彩色图像生成部58，分别使用针对红色波长、绿色波长及蓝色波长求出的校正信号来生成全彩光学相干断层图像。
原始信号处理部51中，通过对干涉光检测部30B、30G、30R中所检测的干涉光L4进行频率解析，具体而言，将从沿二维光传感器的X轴方向排列的受光元件检测的每个波长的强度光谱的波长变换成波数，通过傅立叶变换(FT)获取测定对象S的深度位置z中的反射信息，并生成各色的OCT图像数据(参考图8A)。
校正处理部52中，从各色的OCT图像数据求出测定对象的深度方向上的与第1深度区域的信号衰减有关的衰减相关值。在此，衰减相关值涉及测定对象内部的测定光及反射光(散射光)的衰减，只要为能够适用于来自第2深度区域的检测信号的校正的信号强度校正的因素，则并无特别限定。具体而言，例如为第1深度区域中的衰减函数、第1深度区域中的色素浓度等。
另外，在此，假设在来自其表面的深度方向上由第1深度区域与比第1深度区域深的第2深度区域构成测定对象，对使用从第1深度区域获取的衰减相关值对第2深度区域的信号进行校正的情况进行说明，但是假设细分测定对象的深度方向且包括从表面侧到第n区域为止的n层构成，可以使用从第(i-1)区域得到的衰减相关值对第i区域的信号进行校正。该第i区域的信号受到从表面到第(i-1)为止的区域中的光的衰减的影响，但是信号的校正运算的情况下，包括从表面到第(i-1)为止的校正量来计算即可。
参考图6A、6B及7对具体的测定对象中的第1及第2深度区域进行说明。
首先，在图6A及图6B中示出皮肤的断层示意图，并对测定对象为皮肤的情况进行说明。
如图6A所示，肌具有从照射测定光L1的皮肤表面80到角质82、表皮84及真皮86的构成，但是例如将从皮肤表面80到表皮84假设成第1深度区域d1，将真皮86假设成第2深度区域d2。在此，角质82与其他层相比较薄且透明，光的衰减较小，因此与表皮作为一体而操作。而且，使用第1深度区域d1中的衰减相关值对第2深度区域d2的信号进行校正。第1深度区域d1、第2深度区域d2的范围及/或两者的边界从OCT图像或者测定光的深度方向的一维分布适当划定即可。并且，也可以由平均的从皮肤表面到真皮86为止的厚度等来划定区域。
并且，如图6B所示，可以从皮肤表面80沿深度方向细分成3以上的多个区域，在这种情况下，与表皮与真皮的边界等无关地，也可以沿深度方向划定各深度区域。使用从第1深度区域d1得到的衰减相关值对第2深度区域d2的信号进行校正，如已叙述，使用从第(i-1)区域得到的衰减相关值对第i区域的信号进行校正即可。各深度区域可以沿深度方向以恒定的间隔来划定，也可以划定成越深间隔越宽。
图7中示出涂膜的断层示意图，并对测定对象为涂膜的情况进行说明。
图7示出由基底层92、着色层94及透明涂层96构成的涂膜98从基体90侧设置于基体(例如汽车的车身)90的表面的构成。厚度例如为各层100μm左右。透明涂层96透明且几乎没有光的衰减的情况下，如图7所示，从照射涂膜98的测定光L1的表面侧忽略透明涂层96，可以将着色层94设为第1深度区域d1，将基底层92设为第2深度区域d2。由如图7所示的多个层构成的涂膜的情况下，能够从已获取的OCT图像识别该层边界，各区域可以由观察者指定，也可以通过图像处理求出图像中的边界来自动划定。
另外，如图6A及图6B所示的由表皮及真皮构成的皮肤、图7所示的由多个层构成的涂膜那样，即使无法明确地判断测定对象的边界，且在测定深度方向上无法观察层边界，在观察人员感兴趣的深度区域(第2深度区域)受到与其相比较浅的深度区域(第1深度区域)中的光的衰减等的影响的情况下，假设测定对象由第1深度区域及第2深度区域构成即可。
获取光学相干断层图像时，对测定对象的表面照射测定光。该测定光侵入到测定对象内部时随着深入深度方向，即随着深度变深，光量因基于存在于内部的色素的吸收、内部结构中的散射而衰减。即，越深的区域，到达光量越减小。而且，由于相对于来自深的区域的返回光，也会在测定对象的表面为止的光路上再次产生基于色素的吸收、内部结构中的散射，已检测的光强度产生进一步的衰减。例如，因特定的色素的吸收而仅吸收特定的颜色，则导致遗漏关于原始数据中的特定的颜色的信息。即，通过原始数据再现的全彩OCT图像中，测定对象的深部的色泽受到该上层(区域)中的光的衰减的影响。本OCT装置1的图像生成部50具备校正处理部52，构成为在校正处理部52计算衰减相关值及校正信号，并使用校正信号来生成全彩图像，因此能够再现测定对象的内部的真色。
另外，如已叙述，图像生成部50的原始信号处理部51中，通过对波数进行傅立叶变换来得到深度z，但是任意深度位置z中的反射信息中包括测定对象的光学特征。例如，作为光学特征，可举出测定对象的表面中的反射光强度、包括任意深度中的散射光的反射光强度、深度方向的一维分布及后述衰减常数等。图像生成部50期望构成为与OCT图像的生成一同求出这种任意光学特征。
图像显示装置60显示如上所述那样在图像生成部50中生成的全彩OCT图像或测定对象的光学特征。图像显示装置60能够由液晶显示器等构成，且在图像显示装置60显示测定对象的OCT图像及光学特征，由此观察人员观察到图像化或者数值化的测定对象，能够对测定对象进行评价。在图像显示装置60中的OCT图像的显示及光学特征的显示可以是同时的，也可以是依次的。
对图像生成部50中的校正处理部52的具体的构成例进行说明。图4表示第1构成例。图4的图像生成部50的校正处理部52具备：衰减常数计算部53，计算RGB各色的干涉光的信号强度的第1深度区域中的衰减常数来作为衰减相关值；及信号校正运算部54，使用通过衰减常数计算部53得到的衰减常数对第2深度区域中的信号强度进行校正来求出校正信号。
图5表示校正处理部52的第2构成例。图5的图像生成部50具备：色素浓度计算部55，从测定对象S的表面(与OCT图像获取的部位相同的部位)中测定的分光反射率求出第1深度区域中所包含的色素的浓度；及信号校正运算部56，根据色素浓度计算部55中得到的色素的浓度，求出基于色素的光的衰减量来作为衰减相关值，对第2深度区域中的信号强度进行校正来求出校正信号。具备该第2构成例的校正处理部52的构成中，OCT装置还具备获取测定对象的表面中的分光反射率的分光反射率测定部59。另外，分光反射率测定部59也可以另行具备，但是图1所示的OCT装置1中的任一干涉光检测部30B、30G或30R的分光器31也可以兼具分光反射率测定部59。
任一构成中，从原始信号处理部51中得到的各色的OCT图像数据(原始数据)求出衰减相关值，对该各色的原始数据进行校正处理，并作成校正结束的图像数据，由此能够使用各色的校正结束的图像数据在彩色图像生成部58生成全彩OCT图像。或者，使用原始信号处理部51中得到的原始数据，在彩色图像生成部58中生成全彩OCT图像，由此也可以对该全彩OCT图像实施基于校正处理部52中得到的信号校正数据的校正处理。即，信号校正运算部54或者56中求得的校正信号可以为如上所述的各色的校正结束的图像数据，也可以为适用于全彩OCT图像的信号校正数据。
从R、G、B的OCT图像数据生成全彩图像的顺序为如下。
在此，对使用原始信号处理部51中得到的、如图8A所示的各色的光学相干断层图像数据来进行彩色化的情况进行说明，但是生成使用了各色的校正结束的图像数据的全彩图像的情况也能够以相同的顺序来实施。
从与各色的OCT数据对应的位置求出散射光谱I(λ)。求出图8A的各图像中所对应的各位置(a、b)的散射光谱I(λ)(图8B)。
各位置的散射光谱I(λ)乘以等色函数x(λ)、y(λ)、z(λ)来进行积分(图8C、下述数式1)。由此可得到CIE(国际照明委员会)-XYZ表色系中的刺激值X、Y、Z。
[数1]
数式1 X＝∫(1(λ)×x(λ))dλ
Y＝∫(I(λ)×y(λ))dλ
Z＝∫(I(λ)×z(λ))dλ
通过由下述数式2表示的运算，将上述刺激值X、Y、Z变换成RGB表色系，进行256阶段化来计算全彩断层图像数据。
[数2]
数式2
γ＝2.2、Rw，GW，Bw＝80000
另外，来自测定对象的散射强度(干涉光强度)较弱时，合并几像素量的数据进行平均化处理即可。并且，数式2中，3×3矩阵的内容为D65光源的情况的换算式，这是由于通过光学系统或期望色度再现的条件来确定，存在任意性。另外，在此Rw、Gw、Bw的值设为80000，但是该值也为能够通过测定系统或白色的标准试样来变化的值。
本发明人等确认到通过上述方法获取市面上销售的颜色检测器的全彩OCT图像，能够正确地再现颜色检测器的白及黄色。
以下对相对于模特皮肤的全彩OCT图像的摄像结果进行说明。
图9是表示模特皮肤的概略结构的图。将在底面厚度t约为170μm的玻璃容器101中加入聚苯乙烯粒子(粒径200nm、浓度0.8wt％)及包含0wt％或0.3wt％的黄色颜料的明胶102而成的结构设为模特皮肤。由于皮肤为表皮及真皮的多层结构，将玻璃容器101假设成表皮，将容器101内的明胶102假设成真皮。图10及图11是从图9的玻璃容器101的底面的下方A拍摄的外观图A及全彩OCT图像B(在此未实施校正处理)。
图10是明胶中不包含黄色颜料(颜料0wt％)的白皮肤的模特，图11是明胶中包含0.3wt％的黄色颜料的黄色较深的皮肤的模特。图10及图11中的任一OCT图像中确认到，也在模拟表皮的玻璃的表面观察了信号(后方散射光)，且在其下方的透明的区域中变暗。从进一步深的区域观测了来自模拟真皮的明胶的信号。
由灰度表示的图10及图11的色泽虽不明显，但是相当于图10及图11的彩色图像中能够确认到，白皮肤的模特中相当于真皮的明胶区域显示得较白，黄色较深的皮肤的模特中相当于真皮的明胶区域显示成黄色，由彩色图像表示位于模特皮肤的相当于真皮的较深的位置的色泽不同。
另一方面，本发明人等在图1所示的构成的OCT装置1中，对人体皮肤进行一次性撮影来获取了RGB各色的OCT图像。确认到通过图像生成部50的原始信号处理部51中的频率解析，能够得到如图12所示的红色OCT图像、绿色OCT图像、蓝色OCT图像。图12中，纵轴100μm附近为人体皮肤的表面，比其深的区域为皮肤内部。从表面位置到深度0～30μm附近的信号为角质，深度30～100μm的较暗的区域为表皮，深度100μm以上的区域为真皮。由于表皮比较透明且散射光较小，真皮存在胶原蛋白，与表皮相比散射光较强。RGB各色中，明确可知能够观察来自真皮的信号，并且能够实现相同部位的测定。并且，能够观察到深度400μm的非常深的范围。
使用这些3色的OCT图像数据(原始数据)，求出CIE-XYZ表色系中的刺激值X、Y、Z来进行RGB变换，由此能够得到全彩图像，但是如已叙述，使用包括基于色相等的光衰减的影响的原始数据无法显示真色。因此，在图像生成部50中对各色的OCT图像数据进行校正处理来生成校正数据。
对具备图4所示的图像生成部50中的第1构成的校正处理部52的情况的具体的校正数据的计算方法进行说明。
图13A是人体皮肤的绿色OCT图像，图13B表示相对于从图13A的OCT图像数据提取的深度的OCT信号强度。如图13A所示，纵轴100μm附近的白色发光区域为角质，纵轴120～190μm附近为表皮。通过最小二乘法在exp(-αD)+C的直线(图的虚线)上对与该图像对应的图13B的OCT信号分布的表皮区域(第1深度区域)进行拟合，并求出表皮区域的衰减常数α。上述拟合直线中，D为深度，C为装置常数(依据装置来规定的值)。根据Lambert-beer的定律，光的强度I相对于未衰减的表面中的强度I0，随着深度方向D以I＝I0×exp(-αD)进行衰减。因此，将比表皮深的区域(第2深度区域)的信号强度乘以I0/I＝exp(αD)，则能够求出不受表皮的影响时的真的OCT信号强度。另外，OCT信号中的衰减量严格地通过往复光路2×D而衰减，但是本校正计算中该常数2处理成编入到α中，则没有问题。并且，使用电场E来代替光的强度I，作为处于√(exp(-αD))+C的直线而计算也相同。
通过上述方法，衰减常数计算部53中计算各色的图像数据中的第1深度区域的衰减常数。而且，信号校正运算部54中，使用所求出的衰减常数计算对第2深度区域的数据进行校正的结束校正的数据。
彩色图像生成部58中，根据该结束校正的数据生成全彩图像数据。
图14表示从未进行校正处理的RGB各色的原始数据生成的全彩OCT图像(校正前)及从通过上述处理进行校正的结束校正的数据生成的全彩OCT图像(校正后)。从图14所示的校正前后的OCT图像的比较能够确认到，由于校正后内部的光强度的衰减量被校正且光强度增大，真皮区域中的白色的散射光的比例增加。另外，图13A是为了说明校正方法而示出的例子，图14是使用相同的校正方法进行校正的全彩OCT图像的例子，两者的测定对象不一致。
对具备图5所示的图像生成部50中的第2构成的校正处理部52的情况的具体的校正数据的计算方法进行说明。
首先，通过分光反射率测定部59来测定与测定对象的OCT图像测定位置相同的部位的表面中的分光反射率。而且，从该分光反射率进行表皮(第1深度区域)中的黑色素浓度的估计。具体而言，将人体皮肤假设成包括由表皮(在此表皮中包含角质)及真皮构成并将该真皮设为2层结构的共3层结构，对该3层结构实施蒙特卡罗计算，基于公知文献中所记载的皮肤的散射系数及黑色素、血红蛋白的吸收谱来计算黑色素及血红蛋白浓度。另外，假设成表皮中包含黑色素，2层结构的真皮中在上层不包含色素，作为更深的区域的下层包含血红蛋白。在此，将构成真皮的2层中的上层设为第2深度区域。另外，真皮的下层为在OCT图像中无法获取的深的区域。本计算中，将表皮的厚度设为100μm，将真皮中的上层、尤其相当于乳头层附近的厚度200μm的区域假定成不存在色素的区域，进一步将真皮中的下层的厚度假定成2.8mm来进行了计算。另外，表皮、真皮的散射系数设为相同。并且，关于血液中的血红蛋白，氧化血红蛋白及还原血红蛋白的浓度比假定成1:1。在以上的条件下，摇动黑色素浓度及血红蛋白的浓度通过蒙特卡罗法进行可见区域的分光反射率的计算，求出了最接近实测时的黑色素浓度及血红蛋白浓度。
图15表示使用JASCO Corporation制反射率测定机V-7200测定的人体皮肤的分光反射率、及除了通过上述方法相对于该实测值求出的最靠近分光反射率(黑色素浓度1.9％)及表皮(第1深度区域)中的黑色素浓度以外的因素共通且将黑色素浓度设为0％的情况的分光反射率。
如图15所示，设为黑色素浓度1.9％的通过模拟试验得到的分光反射率与实测的分光反射率无差异，在高精确度一致，求出表皮中的黑色素浓度为1.9％。相对于来自真皮(第2深度区域)的信号强度，对基于如此能够从表皮中的黑色素浓度求出的表皮的黑色素的光的衰减量进行校正。由此，可得到不受表皮的色的影响的真皮的彩色断层像。
色素浓度计算部55中，从由如上所述的测定对象的表面得到的分光反射率、关于测定对象的既知的结构及含有色素等实施蒙特卡罗计算，计算第1深度区域的色素浓度。而且，信号校正运算部56中，使用从色素浓度得到的衰减量来计算对第2深度区域的数据进行了校正的结束校正的数据。
彩色图像生成部58中，根据该结束校正的数据生成全彩图像数据。
图16表示从未进行校正处理的RGB各色的原始数据生成的全彩OCT图像(校正前)及从通过上述处理进行校正的结束校正的数据生成的全彩OCT图像(校正后)。从图16所示的校正前后的OCT图像的比较确认到，由于校正后内部的光强度的衰减量被校正，且光强度增大，真皮区域中的白色的散射光的比例增加，通过校正真皮变得明显。
如上所述，上层的区域(第1深度区域)中进行对该下层(第2深度区域)的数据进行校正的处理，由此与测定对象的真色、至少未进行校正的状态相比，能够再现更接近真色的颜色的OCT图像。
上述对测定对象为人体皮肤的情况进行了说明，但是明确可知即使测定对象为涂膜(形成于基体上的涂膜)的情况，也能够相同地用作以非侵入的方式测定深度方向的真色的方案。
上述对使用宽带的白色光源从干涉光的光谱获取深度分布的SD(光谱域)型OCT装置进行了说明，但是本发明也可以为具备用于机械性地变化光程长度的机构的TD(时域)型OCT装置。测定对象为静态的物体的情况下，可以为TD，也可以为SD型，并无特别问题，测定对象为人体的皮肤、动物的皮肤等容易晃动的物体的情况下，优选使用能够一次性拍摄的上述构成的SD型。
对使用了本实施方式的光学相干断层图像摄像装置的本发明的测量方法的实施方式进行说明。
在此，对测定对象为人体皮肤的情况进行说明，但是测定对象为涂膜等的情况也相同。对被测试者的皮肤(人体皮肤)照射测定光，分光检测测定光与参照光的干涉光，对干涉光进行频率解析来生成二维图像数据，进而进行对深度方向上的光衰减量进行校正的校正处理，从RGB3色的校正图像数据生成全彩的OCT图像，并且从分光检测出的干涉光求出人体皮肤的表面或内部的光学特征。而且，使全彩OCT图像及光学特征显示于图像显示装置。也可以使图像与光学特征同时显示于图像显示装置，以可以依次显示。
作为光学特征，可举出从特定的色(例如红色)的图像数据获取的人体的皮肤的表面或内部的任意位置中的反射光强度、反射光强度的深度方向的一维分布及衰减常数等，并显示各个数值或者图表等。
如此通过本发明的测量方法显示全彩OCT图像及光学特征，则测定人员或者诊断人员等能够从该显示内容容易对皮肤的状态进行评价。针对OCT图像中的亮度、深度方向分布等，获取来自多个被测试者的样品，预先将视为健康、异常的数值范围作为数据而提供给分析部，通过这些数值与测定值的比较一同显示健康、异常等评价。
并且，关于欲要评价的化妆品或医药品，分别获取对人体的皮肤的涂布前及涂布后的OCT图像，求出光学特征，将涂布前后的OCT图像及光学特征同时或依次显示于图像显示装置，由此能够视觉确认化妆品或医药品的涂布前后的皮肤表面及皮肤内部的变化，并能够对已涂布的产品的效果等进行评价。另外，图像显示装置中的显示中，优选同时显示欲要比较的图像或者数值等，因为其更容易进行比较。可以求出涂布前后的OCT图像的差异或光学特征的差异，将这些差异作为涂布前后的变化来显示于图像显示装置。
根据使用本发明的光学相干断层图像摄像装置，能够明确可知关于白皮肤或黑皮肤(在此假设黄色人种中的色白或色黑的皮肤)、有透明感的皮肤、暗淡的皮肤等各个皮肤的内部的真色，能够期待提示关于皮肤内部的颜色素的存在分布或颜色表达机理的新的价值观。
并且，根据使用利用了本发明的光学相干断层图像摄像装置的测量方法，能够容易对化妆品/医薬部外品/医药品等有效成分对皮肤的影响进行评价。具体而言，对皮肤粗糙改善剂、保湿剂、美白剂、抗皱剂、痤疮改善剂、角蛋白增稠剂、再生改善剂、毛孔收敛剂、生发剂、抗氧化剂等效果进行评价也有用，但是并无特别限定。
另外，本发明的光学相干断层图像摄像装置为以高时间分辨率实时得到全彩的OCT图像的装置，也能够用于与化妆品无关地包括伤口、疾病的皮肤的诊断及分析、薄膜的制造监视或者设置于各种基体表面的涂膜等的断层方向的彩色的图像解析，测定对象并无特别限定。另外，上述对二维的OCT图像进行了说明，但是OCT装置中，也能够设置以线状的测定光照射的线沿垂直的方向扫描的扫描部来构筑三维的OCT图像。
符号说明
1-光学相干断层图像摄像装置(OCT装置)，3-光分割部(石英板)，4-合波部，5-石英板，6-反射部件(镜子)，10-光源部，11-光源，12-光谱成型部，20-测定光照射光学系统，21、25、26-柱面透镜，27-中性密度滤光片，28-光路调整机构，30B、30G、30R-干涉光检测部，31-分光器，32-二维光检测器，35、36、37-成像透镜，50-图像生成部，51-原始信号处理部，52-校正处理部，53-衰减常数计算部，54、56-信号校正运算部，55-色素浓度计算部，58-彩色图像生成部，59-分光反射率测定部，60-图像显示装置，80-皮肤表面，82-角质，84-表皮，86-真皮，90-基体，92-基底层，94-着色层，96-透明涂层，98-涂膜，101-玻璃容器，102-明胶。

Claims (12)

1.一种光学相干断层图像摄像装置，其具有：
光源部，其同时射出红色波长的低相干光、绿色波长的低相干光及蓝色波长的低相干光；
光分割部，其将从该光源部射出的低相干光分割成测定光与参照光；
测定光照射光学系统，其对测定对象照射所述测定光；
合波部，其使所述测定光照射到所述测定对象时来自该测定对象的反射光与所述参照光重合；
干涉光检测部，其检测由该合波部合波后的所述反射光与所述参照光的干涉光；以及
图像生成部，其根据通过该干涉光检测部检测出的所述干涉光，生成所述测定对象的光学相干断层图像，
该图像生成部计算所述红色波长、所述绿色波长及所述蓝色波长的所述干涉光的信号强度的与在第1深度区域中的信号衰减有关的衰减相关值，并根据所述衰减相关值而对比所述第1深度区域深的第2深度区域的所述信号强度进行校正而求出所述干涉光的校正信号，使用分别针对所述红色波长、所述绿色波长及所述蓝色波长求出的校正信号来生成全彩光学相干断层图像。
2.根据权利要求1所述的光学相干断层图像摄像装置，其中，
所述图像生成部具备：衰减常数计算部，其计算所述红色波长、所述绿色波长及所述蓝色波长的所述干涉光的所述信号强度的在所述第1深度区域中的衰减常数来作为所述衰减相关值；以及信号校正运算部，其使用通过该衰减常数计算部得到的所述衰减常数，对所述第2深度区域中的所述信号强度进行校正而求出所述校正信号。
3.根据权利要求1所述的光学相干断层图像摄像装置，其中，
该光学相干断层图像摄像装置还具备：分光反射率测定部，其测定所述测定对象的表面上的分光反射率，
所述图像生成部具备：色素浓度计算部，其从所述分光反射率求出所述第1深度区域中所包含的色素的浓度；以及信号校正运算部，其根据该色素浓度计算部中所得到的所述色素的浓度，求出基于该色素的光的衰减量来作为所述衰减相关值，对所述第2深度区域中的所述信号强度进行校正而求出所述校正信号。
4.根据权利要求3所述的光学相干断层图像摄像装置，其中，
所述色素浓度计算部求出黑色素的浓度作为所述色素。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光学相干断层图像摄像装置，其中，
所述红色波长为612nm，所述绿色波长为537nm，所述蓝色波长为448nm。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的光学相干断层图像摄像装置，其中，
所述干涉光检测部分别单独地具备检测所述红色波长的干涉光的光检测器、检测所述绿色波长的干涉光的光检测器及检测所述蓝色波长的干涉光的光检测器。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的光学相干断层图像摄像装置，其中，
作为所述测定光照射光学系统具备第1柱面透镜，该第1柱面透镜对所述测定对象以线状照射所述测定光，
在所述合波部与所述干涉光检测部之间具备第2柱面透镜，该第2柱面透镜的圆筒轴与所述第1柱面透镜的圆筒轴垂直配置，
所述干涉光检测部分光检测所述干涉光，
所述图像生成部通过傅立叶变换将基于通过所述干涉光检测部来分光检测出的所述干涉光的信号变换成深度信息。
8.一种测量方法，其使用权利要求1至7中任意一项所述的光学相干断层图像摄像装置，
对测定对象照射所述测定光，
检测所述干涉光，
生成所述测定对象的光学相干断层图像，
在图像显示装置中显示该光学相干断层图像，从所述干涉光求出所述测定对象的表面或内部的光学特征并显示于所述图像显示装置。
9.根据权利要求8所述的测量方法，其中，
作为所述光学特征，求出所述测定对象的表面或内部的任意位置处的反射光强度、反射光强度的深度方向分布或者衰减常数。
10.根据权利要求8或9所述的测量方法，其中，
所述测定对象为涂膜。
11.根据权利要求8或9所述的测量方法，其中，
所述测定对象为人体皮肤。
12.根据权利要求11所述的测量方法，其中，
生成对所述人体皮肤涂布任意化妆品或医药品之前及涂布后的各个情况下的针对所述人体皮肤的所述光学相干断层图像，求出所述光学特征，
在所述图像显示装置中分别显示所述涂布任意化妆品或医药品之前及所述涂布后的所述光学相干断层图像及所述光学特征。
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