JP3727807B2 - 皮膚中成分および皮膚特性の測定方法および測定装置 - Google Patents
皮膚中成分および皮膚特性の測定方法および測定装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は皮膚中成分および皮膚特性の測定方法及び測定装置に関し、一層詳細には重回帰分析の手法を利用して皮膚の測色値から皮膚中の成分量および皮膚の特性を求める測定方法および測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
皮膚の色はそれを構成する色素成分によって決まるが、所謂「色白」にすることが一般に求められる美容上の観点、また不健康な状態を示す一つの指針とされる「目の下のクマ」が示すように健康状態を診断するという観点からも、人にとって重要な特性である。
【０００３】
色白の肌を得るという美容上の美白の観点においては、皮膚の色は最終的な目標となるものであるが、具体的な達成方法としては、その存在量の多少が皮膚の色の濃色化と色白化に反映されるメラニン色素の生成を抑制することによるのが一般的である。このメラニン色素はシミ・ソバカスとして皮膚の表面に顕在化する。
【０００４】
メラニンの生成を抑え、所謂色白の肌を得るため、化粧品の分野においては美白化粧品と一般に称される化粧品の開発が盛んに行なわれている。
そして、この美白化粧品の開発に際しては、美白効果の指針として、皮膚の色に加えて、メラニンの量を直接に測定したいとする要求が従来からある。また、皮膚の色を見るときにシミ・ソバカスの分布状態を測定したいとする要求もある。
【０００５】
即ち、いわば、局所的な皮膚中のメラニンおよび広範な範囲の皮膚のシミ・ソバカスに対する効果をそれぞれ直接かつ独立して評価することで、美白化粧品の美白効果の一つを正確に評価することが求められている。
前者の皮膚中のメラニン量を評価しようとする場合、メラニン量を直接測定することは実際には困難であり、したがって、皮膚の色から評価はなされ、従来からある測色装置で皮膚の色を測り、Ｌ* ａ* ｂ* 表色系における明度指数Ｌ* 値を評価して行なっている。つまり、美白化粧品を皮膚に適用し、Ｌ* 値が下がるとメラニンば増え、Ｌ* 値が上がるとメラニンは減少したと判断し、美白化粧品のメラニンに対する効果、即ち美白効果を評価していた。
【０００６】
しかしながら、メラニンが増加すれば確かにＬ* 値は低下するが、Ｌ* 値が低いからといって必ずしもメラニンが多いとは言えないことが分かっている。即ち、皮膚に炎症（紅斑）が生じ、皮膚中の血液が増加して色素であるヘモグロビン（酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンを含む）が増加することによっても皮膚のＬ* 値は低下する。
【０００７】
従って、皮膚のＬ* 値が低下する場合、メラニンの増加によるものなのか、炎症によるヘモグロビンの増大によるものなのか、区別して判断ができず、Ｌ* 値が増大しても美白化粧品の美白効果、特にメラニンの生成を抑える効果として正確に評価することはできなかった。
また、健康維持の必要などから、人の健康状態を測るという観点においては、例えば「目の下のクマ」等の鬱血した部分に対し、その色味を評価するのみでは足りず、これを構成する成分の特定と測定、特に特定のヘモグロビン種の特定と測定が求められつつある。しかしながら、それを簡便に評価する方法はない。
【０００８】
つまり、例えば上記と同様の従来の測色を例えば「目の下のクマ」等の鬱血した部分に対し適用することが考えられるが、測色によりその色は明確になるものの、鬱血した部分がどのような皮膚の成分によりどのような比率で構成されているかは十分に判断できず、「目の下のクマ」等の鬱血した部分を評価することによっても、人の健康状態の正確な把握や維持のために十分に役立てることは出来ない。
【０００９】
このような状況の中、従来の測色装置が物一般を評価対象とするのに対し、皮膚のメラニン量とヘモグロビン量を直接に評価することを目的とする測定器として、メキサメーター（Ｍｅｘａｍｅｔｅｒ：Ｃ＋Ｋ社製）が開発され、皮膚の評価に用いられるようになっている。
このメキサメーターは、評価対象である皮膚において５６８ｎｍ（Ｇｒｅｅｎと称す。）、６６０ｎｍ（Ｒｅｄと称す。）および８８０ｎｍ（Ｉｎｆｒａｒｅｄと称す。）の３点の波長の反射率測定を行なう反射率測定部と、得られたデータを解析してメラニン量とヘモグロビン量を算出・表示する制御部からなる装置である。
【００１０】
このメキサメーターの測定原理は概略以下のとおりである。
メラニン量の評価においては、ＲｅｄからＩｎｆｒａｒｅｄの間には血液の吸収はほとんど無いため、Ｒｅｄでの測定で得られた反射率より求めた吸光度から、Ｉｎｆｒａｒｅｄでの測定で得られた反射率より求めた吸光度を差し引くことにより、メラニンの量が求められる。同様に血液の評価においては、血液がＧｒｅｅｎ近辺に吸光度のピークを有し、Ｒｅｄでの吸収はほとんど無いため、Ｇｒｅｅｎでの測定で得られた反射率から求めた吸光度から、Ｒｅｄでの測定で得られた反射率より求めた吸光度を差し引くことにより、血液の量、ひいてはヘモグロビン（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンを両方含んでいる）量が求められる。
【００１１】
一方、後者の皮膚のシミ・ソバカスを評価する点に関して、紫外線写真を使用した方法（新井精一他 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＣＣＪ ２３，３１（１９８９））や、ビデオマイクロスコープを使用した方法（渋江ゆう子他 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＣＣＪ ２６，１２０（１９９２））等が提案されている。また、本出願人は、通常のＴＶカメラを使用して顔の任意の部位を任意の形で選択し、その部位のシミ・ソバカスを抽出・測定化するシステムを既に開発している。（舛田勇二他 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＣＣＪ ２８，１４７（１９９４））。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の局所的な皮膚中のメラニン量を評価するために用いられるメキサメーターはその測定原理において、Ｇｒｅｅｎから求めた吸光度から、Ｒｅｄから求めた吸光度を差し引くことにより、確かにヘモグロビン量は求められるが、メラニンの吸光度もそれらの波長域で差があり、そのまま差し引くことによりメラニン量が算出されるヘモグロビン量に過剰に足されて測定精度に影響する不具合がある。
【００１３】
本発明の第１の目的は、構造および操作がともに簡易でかつ安価な測色装置を用いてメラニン等の皮膚中の成分量を高い精度で測定することができる測定方法および測定装置を提供することにある。
一方、後者の広範な範囲の皮膚のシミ・ソバカスを評価するために本出願人が開発したＴＶカメラを使用して顔の任意の部位のシミ・ソバカスを抽出・測定化するシステムは、撮影時に緊張等して皮膚が赤みを帯びた場合、それがシミ・ソバカスの測定精度に影響を与えることがわかっている。
【００１４】
したがって、本発明の第２の目的は、皮膚のシミ・ソバカスをより高精度に測定することができる測定方法および測定装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る皮膚中成分の測定方法は、皮膚の測色値と皮膚中の成分量のデータを重回帰分析して重回帰式を予め求め、該重回帰式を用いて皮膚の測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求めることを特徴とする。
【００１６】
これにより、従来の測色装置に比べて、高い精度で皮膚中の成分を測定することができる。
この場合、前記測色値は、ＸＹＺ表色系三刺激値であると、上記の本発明の効果を好適に奏することができ、また、特に、以下に述べる皮膚の特性を測定する方法と組み合わせて、皮膚特性の測定精度を向上することができる。
【００１７】
また、この場合、測定される前記皮膚中の成分のうちのメラニンについて、メラニンと酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンとの偽相関によるメラニン測定値への寄与分を補正して誤差を除く構成とすると、より高い精度で皮膚中の成分を測定することができ、また、皮膚特性の測定精度をより向上することができる。
【００１８】
また、本発明に係る皮膚中成分の測定装置は、皮膚の反射光を得る照明・受光光学系部と、測色値を求め、該測色部により得られる測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求める測色値演算制御部と、を有することを特徴とする。
【００１９】
これにより、構造および操作がともに簡易でかつ安価な測色装置を用いて、高い精度で皮膚中成分を測定することができる。
また、本発明に係る皮膚特性の測定方法は、皮膚の状態を撮像して得た画像をディジタル画像処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、該ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらに、請求項１〜３のうちのいずれか1 項に記載の皮膚中の成分の測定方法を用いて皮膚中の成分量の画像を作成することを特徴とする。
【００２０】
これにより、皮膚特性を高い精度で測定することができ、特に、皮膚が赤みを帯びた場合等、皮膚中の酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの量が変化した場合においても、皮膚特性を高い精度で測定することができる。
また、この場合、前記皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、該皮膚中の成分量の画像および該皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とすると、一層好適に皮膚特性を測定することができる。
【００２１】
また、本発明に係る皮膚特性の測定装置は、皮膚の状態を撮像する撮像部と、該撮像部により撮像して得た画像をディジタル画像化処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、該ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらに該ＸＹＺ表色系ＸＹＺ値から皮膚中の成分量を求めて該皮膚中の成分量の画像を作成し、さらに該皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、該皮膚中の成分量の画像および該皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とする画像処理制御部とを備えることを特徴とする。
【００２２】
これにより、高い精度で皮膚特性を測定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る皮膚中成分および皮膚特性の測定方法および測定装置の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図面や関係式を参照して説明する。
本実施の形態の第1 の例として、皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの量を皮膚の局所的部分について本発明の方法によって測定する方法および装置について説明する。なお、ここでは、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンをまとめてヘモグロビンとして取り扱ったが、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの量をそれぞれ独立して取り扱うことができることはいうまでもない。
【００２４】
まず、使用する測定装置の測色部および演算制御部について説明する。
この場合、測定装置としては、例えば、市販の測色装置である分光測色計（ミノルタ社製ＣＭ−２００２）１０を用いることができ、この分光測色計１０は図１に示すように、照明・受光光学系部１２と測色値演算制御部１４とから構成される。照明・受光光学系部１２は、光源の光が積分球の内壁面で拡散反射し測定試料１６を均一に照明し、測定試料面で反射した光のうち所定の角度で反射する光が受光光学系に入射し、測色値演算制御部１４で処理される。すなわち、Ｃ光源、２度視野で測定される局所的な皮膚の測色データは、反射率スペクトルからＸＹＺ表色系へ変換される。
【００２５】
一方、対照データを取るためにこの分光測色計１０とは別の測色装置、例えば、前記したメキサメーターを用いる。このメキサメーターを用いて測定される局所的な皮膚中のメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの各含有量は、一定の信頼性のある値と認められる。なお、このメキサメーターに限ることなく、メラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの測定装置としてより信頼性のある装置を対照データを取るために用いることにより、本発明において一層好適な効果を奏することができる。
【００２６】
このような局所的な皮膚中のメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンをより高い測定精度で測定するための方法として、本出願人は、皮膚の反射スペクトルを用いる方法を既に検討している。
この皮膚の反射スペクトルを用いる方法は、皮膚の反射スペクトルからランベルト−ベールの法則に基づく吸光度モデルを置くことにより、皮膚の構成成分の量を求めるものである。すなわち、メラニン、酸化ヘモグロビン等の各成分の反射スペクトルを合成したものと皮膚の反射スペクトルのカーブとを重回帰分析の手法を用いてフィッティングすることにより各成分の寄与分を定めるものである。この場合、反射スペクトルの波長領域として５００〜７００ｎｍの範囲内に限って適用することにより、メラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンを高精度に測定可能であることを見出している。
【００２７】
したがって、対照データを取るための測色装置として上記の反射スペクトル測定原理を用いた装置を適用することにより、本発明において一層好適な効果を奏することができる。
つぎに、分光測色計１０によって測定される皮膚の測色値と例えば上記の反射スペクトル測定原理を用いた装置によって測定される皮膚中の成分の各データを用いて重回帰分析して皮膚の測色値と皮膚中の成分の重回帰式を求める手順を説明する。
【００２８】
被験者として老若６０人の女性を対象として、分光測色計を用いて各人の頬の測色値としてのＸＹＺ三刺激値を求めた。このＸＹＺ三刺激値の意義は、およそＸ刺激値が赤の強さを、Ｙ刺激値が緑の強さを、Ｚ刺激値が青の強さを、それぞれ示すものとみることができる。一方、同じ老若６０人の女性を対象として、反射スペクトル測定原理を用いた装置を用いて各人の頬の皮膚中のメラニン、ヘモグロビン量を求めた。
【００２９】
皮膚中のメラニン、ヘモグロビン量は、以下の重回帰式で算出されるものと仮定した。
そして、上記のデータを用いて重回帰分析して、Ｍｘ〜Ｍｚ、Ｈｘ〜Ｈｚおよびｎｍ、ｎｈを算出して、以下の重回帰式を得た。
【００３０】
上記の重回帰式から算出した、すなわち測色値から求めた６０人の各人のメラニン、ヘモグロビン量（横軸）と反射スペクトル測定原理を用いた装置を用いて測定した６０人の各人のメラニン、ヘモグロビン量（縦軸）の相関図を図２に示す。ここで、メラニン量、ヘモグロビン量の単位は、ｍｏｌ・ｃｍである。メラニン量について、Ｒ＝０．９４５、ヘモグロビン量について、Ｒ＝０．９９０と、それぞれ高い相関係数が得られており、本発明の分光測色計による測色値から精度良く皮膚中のメラニン量およびヘモグロビン量を測定できることがわかる。
【００３１】
上記の重回帰式は分光測色計１０の測色値演算制御部１４に組み込まれ、ＸＹＺ値からメラニン量およびヘモグロビン量が求められる。
ここで、本実施の形態の第１の例に係る皮膚中の成分の測定方法および測定装置の有用性を検証するために、比較例として従来のＬ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるＬ＊値とａ＊値を用いる測色機を使用して、それぞれ、４７℃の温浴に３分間皮膚（手）を浸漬し、その後、皮膚を温浴から引き上げたときを開始時点としてその後６０分間にわたって皮膚中の成分量の変化を調べた。図３（ａ）は本実施の形態の第１の例による結果であり、図３（ｂ）は従来の測色機を用いて測定したＬ＊値とａ＊値の結果である。横軸は、いずれも温浴から引き上げた以降の経過時間（単位 ｍｉｎ）を示し、縦軸は、図３（ａ）については皮膚中の成分量（単位 ｍｏｌ・ｃｍ）を示し、図３（ｂ）については、Ｌ＊値とａ＊値（単位 無次元）を示す。ここで、Ｌ＊値はメラニン量を示す指標とされ、ａ＊値はヘモグロビン量を示す指標とされる。なお、それぞれ図中最左端のデータは温浴に浸漬する前の値を示す。
【００３２】
図３（ａ）の本実施の形態の第１の例の場合、ヘモグロビン量は温浴に浸漬した直後に急激に増加し、その後は漸次減少しているが、６０分経過後においても高いレベルに止まっている。一方、メラニン量についてもヘモグロビン量と同様の傾向を示すがその増加の程度は小さくヘモグロビン量の増加率の１／５程度に過ぎない。これに対して比較例の場合、ヘモグロビン量の指標とされるａ＊値については、本実施の形態の第１の例の場合とほぼ同様の傾向を示すが、メラニン量の指標とされるＬ＊値については本実施の形態の第１の例の場合とは異なりヘモグロビン量の指標とされるａ＊値の場合と同様に温浴に浸漬した直後にかなり増加する傾向を示している。
【００３３】
このように皮膚を温浴に浸漬した場合、実際には、ヘモグロビン量が増加し、一方、メラニン量については変化がないことが一般的に知られている。したがって、メラニン量の測定値が変化した本実施の形態の第１の例の場合および比較例の場合の結果はいずれも妥当ではない。しかしながら、変化率（図３（ａ）における浸漬直後のメラニン量の最大値／浸漬前のメラニン量の値、図３（ｂ）における浸漬直後のＬ＊値の最小値／浸漬前のＬ＊値）の観点からみると、本実施の形態の第１の例の方が比較例に比べて変化率が小さいことから、本実施の形態の第１の例の方が比較例に比べて相対的に良好な測定方法および測定装置であるということができる。
【００３４】
なお、上記の各測定方法において実際には変化しないはずのメラニン量の測定値が変化する理由として、本実施の形態の第１の例の場合、測定原理上はメラニン量がほぼ直接的に測定されているにもかかわらず重回帰分析式のもつ誤差や測定装置の測定誤差等が蓄積されたものと考えることができ、一方、比較例の場合、ヘモグロビンの吸収スペクトルとメラニンの吸収スペクトルが重なることによる測定原理上の原因によるものと考えられる。
【００３５】
ここで、本実施の形態の第１の例の測定方法および測定装置を用い、皮膚が紫外線照射を受けて日焼けし、赤みを帯びた状態を想定し、腕部に２ＭＥＤの紫外線を人工的に照射して日焼けを起こさせたときの皮膚中の成分量の経時変化について、紫外線照射直後から１６日間にわたって測定した結果を図４に示す。図４中、横軸は紫外線照射後の経過日数（単位 ｄａｙ）を示し、縦軸は成分量の変化（単位 ｍｏｌ・ｃｍ）を示す。
【００３６】
メラニン量については、紫外線照射直後に急増し、その後漸次減少する傾向を示す。この傾向は一応妥当であるものの、紫外線照射直後短期日で急上昇している点は他の知見からみて必ずしも合理的ではない。これに対して、ヘモグロビン量については、紫外線照射直後に急増し、その後再び急激に減少して短期日でほぼ紫外線照射前のレベルまで回復する傾向を示すが、これは、臨床的に見て妥当な結果であると思われる。
【００３７】
このため、皮膚を温浴に浸漬した場合の上記の結果に基づいて、メラニン量の値をヘモグロビン量の値によって補正することを検討する。
すなわち、皮膚を温浴に浸漬したときの各経過時間におけるメラニン量の値は上記の測定結果ではメラニン量とヘモグロビン量との間に偽相関の関係があるため、見掛け上増加しているが、これを各経過時間におけるメラニン量の値が変化しないで一定値とする補正式を求めた。具体的には、上記のデータを用いてメラニン量の変化とヘモグロビン量との関係式を求め、これをメラニン量の補正項とした。
【００３８】
得られたメラニン量の変化とヘモグロビン量との関係式は、
メラニン量の変化＝０．２１９×ヘモグロビン量＋０．００８ （２−１）
であり、この式（２−１）の相関係数Ｒは０．９４６であった。
したがって、補正後のメラニン量は、
で求められる。ここで、式（２−２）中，右辺のメラニン量およびヘモグロビン量は補正前の値である。なお、このメラニン量の補正方法は一例であり、これに限らず、他の測定条件によってより高い相関をもつメラニン量の変化とヘモグロビン量との関係式が得られれば、その式を適用することができる。
【００３９】
上記のメラニン量の補正式（２−２）の妥当性を検証するために、本実施の形態の第１の例の測定方法および測定装置を用い、皮膚を温浴に浸漬したときのメラニン量および紫外線を照射したときのメラニン量を上記のメラニン量の補正式（２−２）を用いて補正した結果について、図５に示した。図５中、（ａ）は皮膚を温浴に浸漬した場合の結果であり、（ｂ）は紫外線を照射した場合の結果である。
【００４０】
（ａ）の皮膚を温浴に浸漬した場合、補正後のメラニン量は時間の経過にかかわらずほぼ一定の値を示し、これは、（ａ）の原データ（補正前の値）に基づいて補正式（２−２）を作成した関係上およそ当然の結果ということもできるが、一方、（ｂ）の紫外線を照射した場合については、補正後のメラニン量は日数が経過するにつれて漸次増加する傾向を示しており、補正前のメラニン量が短期日で増加する不自然な傾向が解消され、したがって、本補正式が妥当であることがわかった。
【００４１】
つぎに、本実施の形態の第２の例として、皮膚特性としてのメラニン量の分布すなわち顔面の広い範囲におけるシミ・ソバカスの分布状態を測定する皮膚特性の測定方法および測定装置ついて説明する。
図６に本実施の形態の第２の例に係る皮膚特性の測定装置の構成の概略を示す。
【００４２】
測定装置１００は、照明ボックス１０２と、撮像・測色部としてのテレビカメラ１０４と、画像処理制御部としての画像解析プロセッサー１０６とホストコンピュータ１０８とから構成される。
ここで、照明ボックス０１２は、顔面画像を同一条件で取り込むためのものであり、テレビカメラ（ＳＯＮＹ ＸＣ−００７）１０４は、顔面画像を取り込むためのものであり、画像解析プロセッサー（ＮＥＸＵＳ ６８００）１０６およびホストコンピュータ（ＳＵＮ Ｓｐａｃｅ ｓｔａｔｉｏｎ ２）１０８は、取りこんだ画像のデジタル化と画像からの演算処理を行うためのものである。
【００４３】
皮膚特性の測定装置１００を用いた皮膚特性としての顔面のシミ・ソバカスの測定方法について説明する。
測定手順は、図７に示すように、概略以下のとおりである。
（１）まず、照明ボックス１０２内で被験者の顔面を撮像する（Ｓ１）。
（２）撮像されたＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素（ピクセル）ごとにＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系へ変換する。さらにこのＸＹＺ表色系ＸＹＺ値から前記式（１−１）によりメラニン量に変換して、メラニン量の画像を作成する（Ｓ２−１）。これをメラニン量原画像とよぶ。なお、この場合、前記式（１−２）によりヘモグロビン量に変換するとヘモグロビン量画像を併せて示すことができる。
（３）上記と並行して、メラニン量原画像を平滑化処理して、シミ・ソバカスのない画像を作成する（Ｓ２−２）。これをメラニン量平滑化画像とよぶ。
（４）メラニン量原画像とメラニン量平滑化画像の対応する各画素ごとにメラニン量・ヘモグロビン量の差分を算出し、その画像を作成する（Ｓ３）。これをメラニン量差分画像とよぶ。計測範囲内におけるこの差分の値が０．２ｍｏｌ・ｃｍ以上の画素の総和を求めてシミ・ソバカスの指標とする（Ｓ４）。
【００４４】
なお、本出願人は、従来、上記のステップＳ２−１、Ｓ２−２において、ＸＹＺ表色系ＸＹＺ値からＬ* ａ* ｂ* 表色系Ｌａｂ値を求め、Ｌａｂ値の色差画像を作成して皮膚特性の評価を行なってきた（前出、舛田勇二他 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ ＳＣＣＪ ２８，１４７（１９９４））。
上記した測定手順について、さらに具体的に説明する。
（１）照明ボックス１０２の作成
照明ボックス１０２内で顔面を均一に照明するために２×２×２ｍの大きさの照明ボックス１０２の前面の左右上下に１０個、側面部に２個のハロゲン電球を配置した。照明ボックス１０２内は２枚の色温度変換フィルタを配置することでＣ光源を作成した（電球：ＦＵＪＩ ＪＣＶ １００Ｖ ７５ＷＦ、フィルタ：ＲＤＳリュークロームフィルターII ＲＢ４，ＲＢ６）。なお、本光源の平均演色性評価数（基準光源ＩＣ）は９５．６７である。
（２）メラニン量原画像の作成
各画素におけるＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系への変換は、ＲＧＢ撮像管特性からＸＹＺ三刺激値にあてはまる一次変換式の係数を、最小２乗法を使用して算出し、以下の変換式を求めた。
【００４５】
Ｘ＝０．５９Ｒ＋０．２３Ｇ＋０．１８Ｂ （３−１）
Ｙ＝０．３１Ｒ＋０．６０Ｇ＋０．０９Ｂ （０≦Ｙ≦１００） （３−２）
Ｚ＝１．００Ｂ （３−３）
つぎに、前記式（１−１）を用いてＸＹＺ三刺激値（ＸＹＺ値）をメラニン量に変換し、メラニン量原画像を作成した。
（３）メラニン量平滑化画像の作成
本測定では顔面全体を５１２×４８０画素のサイズ内に取りこんでいるため、１画素が約０．５ｍｍの大きさに相当する。平滑化には移動平均法を使用したが、移動距離が小さいときは老人性色素斑等の大きなシミでは中央部の中抜けが生じ、また移動距離が大きいときは顔面の皺を拾いやすくなり測定には不適当であったため（図示せず。）、平滑化マトリクスは２５×２５（約７．５×７．５ｍｍ２）画素を採用した。以上の手順でメラニン量平滑化画像を作成した（図示せず。）。
（４）シミ・ソバカスの指標の算出と解析
メラニン量原画像とメラニン量平滑化画像の対応する各画素ごとにメラニン量の差分を算出し、メラニン量差分画像を作成した。メラニン量差分を基準にして、シミ・ソバカスを濃度別に分類し、視覚化と定量化を行なった。解析例を図８に示す。
【００４６】
この場合、メラニン量差分が０．２ｍｏｌ・ｃｍ未満の範囲では画像のノイズの影響を受けやすく視感ではほとんど判別できない色レベルのムラであるため、メラニン量差分が０．２ｍｏｌ・ｃｍ以上の範囲を０．２ｍｏｌ・ｃｍ刻みで分割し、０．２ｍｏｌ・ｃｍ以上０．４ｍｏｌ・ｃｍ未満の範囲を薄いシミ・ソバカス、０．４ｍｏｌ・ｃｍ以上０．６ｍｏｌ・ｃｍ未満の範囲を中程度のシミ・ソバカス、０．６ｍｏｌ・ｃｍ以上を濃いシミ・ソバカスとした。
【００４７】
図８中（ａ）の撮像したＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像では大きな１つの色素斑として現われていたものが、（ｂ）のメラニン量差分画像では色の濃淡によって区分され、シミ・ソバカスの濃さおよびその顔面分布状態が把握できた。
つぎに、上記の測定方法にさらに前記の本発明のヘモグロビン量を算出する前記式（１−２）およびヘモグロビンがメラニンの測定に与える誤差を補正、除去する前記補正式（２−２）を適用してヘモグロビンの影響を一層確実に除く手順について説明する。
【００４８】
照明ボックス内で被験者の顔面を撮像し（Ｓ１）、撮像された原画像の各画素ごとにＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系へ変換する（Ｓ２の途中）までは、従来の測定方法と同様である。
ＸＹＺ表色系へ変換した時点で、本実施の形態の第１の例に係る皮膚中の成分の測定方法における式（１−１）、（１−２）を各画素ごとに適用してＸＹＺ値からメラニン量およびヘモグロビン量を求め、さらに補正式（２−２）を各画素ごとに適用してヘモグロビン量の影響を補正、除去されたメラニン量を求める。
【００４９】
この結果、ヘモグロビン量の影響が一層確実に除かれたメラニン量（シミ。ソバカス）が求められる。
メラニン量を求めた以降の手順は、先に述べた方法と同様であり、すなわち、メラニン量原画像を平滑化処理してメラニン量平滑化画像を作成し、メラニン量原画像とメラニン量平滑化画像との各画素ごとにメラニン量の差分を求めメラニン量差分画像を作成する。
【００５０】
図９に従来の測定方法によるシミ・ソバカスの測定結果と上記本発明の測定方法による測定結果を比較して示す。ここで、（ａ）は撮像したＲＧＢ値の原画像であり、（ｂ）は従来本出願人が用いたＬ* ａ* ｂ* 表色系Ｌａｂ値の色差画像であり、（ｃ）は本発明の測定方法によるメラニン量差分画像である。
撮像したＲＧＢ値の原画像に示されるにきびは、皮膚に炎症が生じ皮膚中の血液が増加してヘモグロビン量が増加する結果生じるものであり、これはメラニンから生じるシミ・ソバカスとは全く別異のものであるが、従来の測定方法によるＬ* ａ* ｂ* 表色系Ｌａｂ値の色差画像では濃いシミ・ソバカスのように表示される。これに対して本発明の測定方法によるメラニン量差分画像ではにきびの部分は消失しており、皮膚の赤みとしてのにきびが濃いシミ・ソバカスとして誤って判断される不具合が解消される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る皮膚中成分の測定方法によれば、皮膚の測色値と皮膚中の成分量のデータを重回帰分析して重回帰式を予め求め、重回帰式を用いて皮膚の測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求めるため、従来の測色装置に比べて、高い精度で皮膚中の成分を測定することができる。
【００５２】
この場合、測色値は、ＸＹＺ表色系三刺激値であると、上記の本発明の効果を好適に奏することができ、また、特に、以下に述べる皮膚の特性を測定する方法と組み合わせて、皮膚特性の測定精度を向上することができる。
また、この場合、測定される皮膚中の成分のうちのメラニンについて、メラニンと酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンとの偽相関によるメラニン測定値への寄与分を補正して誤差を除く構成とすると、より高い精度で皮膚中の成分を測定することができ、また、皮膚特性の測定精度をより向上することができる。
【００５３】
また、本発明に係る皮膚中成分の測定装置によれば、皮膚の反射光を得る照明・受光光学系部と、測色値を求め、測色部により得られる測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求める測色値演算制御部と、を有するため、構造および操作がともに簡易でかつ安価な装置を用いて、高い精度で皮膚中成分を測定することができる。
【００５４】
また、本発明に係る皮膚特性の測定方法によれば、皮膚の状態を撮像して得た画像をディジタル画像処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらに、上記の皮膚中の成分の測定方法を用いて皮膚中の成分量の画像を作成するため、皮膚特性を高い精度で測定することができ、特に、皮膚が赤みを帯びた場合等、皮膚中の酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの量が変化した場合においても、皮膚特性を高い精度で測定することができる。
【００５５】
また、この場合、皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、皮膚中の成分量の画像および皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とすると、一層好適に皮膚特性を測定することができる。
【００５６】
また、本発明に係る皮膚特性の測定装置は、皮膚の状態を撮像する撮像部と、撮像部により撮像して得た画像をディジタル画像化処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらにＸＹＺ表色系ＸＹＺ値から皮膚中の成分量を求めて皮膚中の成分量の画像を作成し、さらに皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、皮膚中の成分量の画像および皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とする画像処理制御部とを備えるため、高い精度で皮膚特性を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の第１の例に係る皮膚中成分の測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態の第１の例に係る皮膚中成分の測定方法によって測定される測色値から算出した成分量と別の測定方法により測定した性分量との相関図であり、（ａ）は成分量がメラニン量の場合を示し、（ｂ）は成分量がヘモグロビン量の場合を示す。
【図３】皮膚を温浴で暖めた後の皮膚中の成分量の推移を示すものであり、（ａ）は本実施の形態の第１の例に係る皮膚中成分の測定方法による測定結果を示し、（ｂ）は従来の測色機を用いた測定結果を示す。
【図４】紫外線照射した後の皮膚中の成分量の推移について、本実施の形態の第１の例に係る皮膚中成分の測定方法により測定した結果を示す図である。
【図５】メラニンと酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンとの偽相関によるメラニン測定値への寄与分を補正して誤差を除いた結果を説明するためのものであり、（ａ）は皮膚を温浴で暖めた後の皮膚中の成分量の推移を示す図であり、（ｂ）は紫外線照射した後の皮膚中の成分量の推移を示す図である。
【図６】本実施の形態の第２の例に係る皮膚特性の測定装置の概略構成を示す図である。
【図７】本実施の形態の第２の例に係る皮膚特性の測定方法の概略の手順を示すフローチャートである。
【図８】本実施の形態の第２の例に係る皮膚特性の測定方法により顔面のシミ・ソバカスの状態を測定したものであり、（ａ）は撮像した原画像を示し、（ｂ）はメラニン量差分画像を示す。
【図９】メラニンとヘモグロビンとの偽相関によるメラニン測定値への寄与分を補正して誤差を除いた効果を説明するためのものであり、（ａ）は撮像した原画像であり、（ｂ）は従来の測定方法であるＬａｂ値の色差画像であり、（ｃ）は図９のメラニン量差分画像を補正したヘモグロビン補正した後のメラニン量差分画像である。
【符号の説明】
１０ 分光測色計
１２ 照明・受光光学系部
１４ 測色値演算制御部
１００ 皮膚特性の測定装置
１０２ 照明ボックス
１０４ テレビカメラ
１０６ 画像解析プロセッサー
１０８ ホストコンピュータ
【発明の属する技術分野】
本発明は皮膚中成分および皮膚特性の測定方法及び測定装置に関し、一層詳細には重回帰分析の手法を利用して皮膚の測色値から皮膚中の成分量および皮膚の特性を求める測定方法および測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
皮膚の色はそれを構成する色素成分によって決まるが、所謂「色白」にすることが一般に求められる美容上の観点、また不健康な状態を示す一つの指針とされる「目の下のクマ」が示すように健康状態を診断するという観点からも、人にとって重要な特性である。
【０００３】
色白の肌を得るという美容上の美白の観点においては、皮膚の色は最終的な目標となるものであるが、具体的な達成方法としては、その存在量の多少が皮膚の色の濃色化と色白化に反映されるメラニン色素の生成を抑制することによるのが一般的である。このメラニン色素はシミ・ソバカスとして皮膚の表面に顕在化する。
【０００４】
メラニンの生成を抑え、所謂色白の肌を得るため、化粧品の分野においては美白化粧品と一般に称される化粧品の開発が盛んに行なわれている。
そして、この美白化粧品の開発に際しては、美白効果の指針として、皮膚の色に加えて、メラニンの量を直接に測定したいとする要求が従来からある。また、皮膚の色を見るときにシミ・ソバカスの分布状態を測定したいとする要求もある。
【０００５】
即ち、いわば、局所的な皮膚中のメラニンおよび広範な範囲の皮膚のシミ・ソバカスに対する効果をそれぞれ直接かつ独立して評価することで、美白化粧品の美白効果の一つを正確に評価することが求められている。
前者の皮膚中のメラニン量を評価しようとする場合、メラニン量を直接測定することは実際には困難であり、したがって、皮膚の色から評価はなされ、従来からある測色装置で皮膚の色を測り、Ｌ* ａ* ｂ* 表色系における明度指数Ｌ* 値を評価して行なっている。つまり、美白化粧品を皮膚に適用し、Ｌ* 値が下がるとメラニンば増え、Ｌ* 値が上がるとメラニンは減少したと判断し、美白化粧品のメラニンに対する効果、即ち美白効果を評価していた。
【０００６】
しかしながら、メラニンが増加すれば確かにＬ* 値は低下するが、Ｌ* 値が低いからといって必ずしもメラニンが多いとは言えないことが分かっている。即ち、皮膚に炎症（紅斑）が生じ、皮膚中の血液が増加して色素であるヘモグロビン（酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンを含む）が増加することによっても皮膚のＬ* 値は低下する。
【０００７】
従って、皮膚のＬ* 値が低下する場合、メラニンの増加によるものなのか、炎症によるヘモグロビンの増大によるものなのか、区別して判断ができず、Ｌ* 値が増大しても美白化粧品の美白効果、特にメラニンの生成を抑える効果として正確に評価することはできなかった。
また、健康維持の必要などから、人の健康状態を測るという観点においては、例えば「目の下のクマ」等の鬱血した部分に対し、その色味を評価するのみでは足りず、これを構成する成分の特定と測定、特に特定のヘモグロビン種の特定と測定が求められつつある。しかしながら、それを簡便に評価する方法はない。
【０００８】
つまり、例えば上記と同様の従来の測色を例えば「目の下のクマ」等の鬱血した部分に対し適用することが考えられるが、測色によりその色は明確になるものの、鬱血した部分がどのような皮膚の成分によりどのような比率で構成されているかは十分に判断できず、「目の下のクマ」等の鬱血した部分を評価することによっても、人の健康状態の正確な把握や維持のために十分に役立てることは出来ない。
【０００９】
このような状況の中、従来の測色装置が物一般を評価対象とするのに対し、皮膚のメラニン量とヘモグロビン量を直接に評価することを目的とする測定器として、メキサメーター（Ｍｅｘａｍｅｔｅｒ：Ｃ＋Ｋ社製）が開発され、皮膚の評価に用いられるようになっている。
このメキサメーターは、評価対象である皮膚において５６８ｎｍ（Ｇｒｅｅｎと称す。）、６６０ｎｍ（Ｒｅｄと称す。）および８８０ｎｍ（Ｉｎｆｒａｒｅｄと称す。）の３点の波長の反射率測定を行なう反射率測定部と、得られたデータを解析してメラニン量とヘモグロビン量を算出・表示する制御部からなる装置である。
【００１０】
このメキサメーターの測定原理は概略以下のとおりである。
メラニン量の評価においては、ＲｅｄからＩｎｆｒａｒｅｄの間には血液の吸収はほとんど無いため、Ｒｅｄでの測定で得られた反射率より求めた吸光度から、Ｉｎｆｒａｒｅｄでの測定で得られた反射率より求めた吸光度を差し引くことにより、メラニンの量が求められる。同様に血液の評価においては、血液がＧｒｅｅｎ近辺に吸光度のピークを有し、Ｒｅｄでの吸収はほとんど無いため、Ｇｒｅｅｎでの測定で得られた反射率から求めた吸光度から、Ｒｅｄでの測定で得られた反射率より求めた吸光度を差し引くことにより、血液の量、ひいてはヘモグロビン（酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンを両方含んでいる）量が求められる。
【００１１】
一方、後者の皮膚のシミ・ソバカスを評価する点に関して、紫外線写真を使用した方法（新井精一他 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＣＣＪ ２３，３１（１９８９））や、ビデオマイクロスコープを使用した方法（渋江ゆう子他 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＣＣＪ ２６，１２０（１９９２））等が提案されている。また、本出願人は、通常のＴＶカメラを使用して顔の任意の部位を任意の形で選択し、その部位のシミ・ソバカスを抽出・測定化するシステムを既に開発している。（舛田勇二他 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＣＣＪ ２８，１４７（１９９４））。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の局所的な皮膚中のメラニン量を評価するために用いられるメキサメーターはその測定原理において、Ｇｒｅｅｎから求めた吸光度から、Ｒｅｄから求めた吸光度を差し引くことにより、確かにヘモグロビン量は求められるが、メラニンの吸光度もそれらの波長域で差があり、そのまま差し引くことによりメラニン量が算出されるヘモグロビン量に過剰に足されて測定精度に影響する不具合がある。
【００１３】
本発明の第１の目的は、構造および操作がともに簡易でかつ安価な測色装置を用いてメラニン等の皮膚中の成分量を高い精度で測定することができる測定方法および測定装置を提供することにある。
一方、後者の広範な範囲の皮膚のシミ・ソバカスを評価するために本出願人が開発したＴＶカメラを使用して顔の任意の部位のシミ・ソバカスを抽出・測定化するシステムは、撮影時に緊張等して皮膚が赤みを帯びた場合、それがシミ・ソバカスの測定精度に影響を与えることがわかっている。
【００１４】
したがって、本発明の第２の目的は、皮膚のシミ・ソバカスをより高精度に測定することができる測定方法および測定装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る皮膚中成分の測定方法は、皮膚の測色値と皮膚中の成分量のデータを重回帰分析して重回帰式を予め求め、該重回帰式を用いて皮膚の測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求めることを特徴とする。
【００１６】
これにより、従来の測色装置に比べて、高い精度で皮膚中の成分を測定することができる。
この場合、前記測色値は、ＸＹＺ表色系三刺激値であると、上記の本発明の効果を好適に奏することができ、また、特に、以下に述べる皮膚の特性を測定する方法と組み合わせて、皮膚特性の測定精度を向上することができる。
【００１７】
また、この場合、測定される前記皮膚中の成分のうちのメラニンについて、メラニンと酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンとの偽相関によるメラニン測定値への寄与分を補正して誤差を除く構成とすると、より高い精度で皮膚中の成分を測定することができ、また、皮膚特性の測定精度をより向上することができる。
【００１８】
また、本発明に係る皮膚中成分の測定装置は、皮膚の反射光を得る照明・受光光学系部と、測色値を求め、該測色部により得られる測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求める測色値演算制御部と、を有することを特徴とする。
【００１９】
これにより、構造および操作がともに簡易でかつ安価な測色装置を用いて、高い精度で皮膚中成分を測定することができる。
また、本発明に係る皮膚特性の測定方法は、皮膚の状態を撮像して得た画像をディジタル画像処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、該ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらに、請求項１〜３のうちのいずれか1 項に記載の皮膚中の成分の測定方法を用いて皮膚中の成分量の画像を作成することを特徴とする。
【００２０】
これにより、皮膚特性を高い精度で測定することができ、特に、皮膚が赤みを帯びた場合等、皮膚中の酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの量が変化した場合においても、皮膚特性を高い精度で測定することができる。
また、この場合、前記皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、該皮膚中の成分量の画像および該皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とすると、一層好適に皮膚特性を測定することができる。
【００２１】
また、本発明に係る皮膚特性の測定装置は、皮膚の状態を撮像する撮像部と、該撮像部により撮像して得た画像をディジタル画像化処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、該ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらに該ＸＹＺ表色系ＸＹＺ値から皮膚中の成分量を求めて該皮膚中の成分量の画像を作成し、さらに該皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、該皮膚中の成分量の画像および該皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とする画像処理制御部とを備えることを特徴とする。
【００２２】
これにより、高い精度で皮膚特性を測定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る皮膚中成分および皮膚特性の測定方法および測定装置の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図面や関係式を参照して説明する。
本実施の形態の第1 の例として、皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの量を皮膚の局所的部分について本発明の方法によって測定する方法および装置について説明する。なお、ここでは、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンをまとめてヘモグロビンとして取り扱ったが、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの量をそれぞれ独立して取り扱うことができることはいうまでもない。
【００２４】
まず、使用する測定装置の測色部および演算制御部について説明する。
この場合、測定装置としては、例えば、市販の測色装置である分光測色計（ミノルタ社製ＣＭ−２００２）１０を用いることができ、この分光測色計１０は図１に示すように、照明・受光光学系部１２と測色値演算制御部１４とから構成される。照明・受光光学系部１２は、光源の光が積分球の内壁面で拡散反射し測定試料１６を均一に照明し、測定試料面で反射した光のうち所定の角度で反射する光が受光光学系に入射し、測色値演算制御部１４で処理される。すなわち、Ｃ光源、２度視野で測定される局所的な皮膚の測色データは、反射率スペクトルからＸＹＺ表色系へ変換される。
【００２５】
一方、対照データを取るためにこの分光測色計１０とは別の測色装置、例えば、前記したメキサメーターを用いる。このメキサメーターを用いて測定される局所的な皮膚中のメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの各含有量は、一定の信頼性のある値と認められる。なお、このメキサメーターに限ることなく、メラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの測定装置としてより信頼性のある装置を対照データを取るために用いることにより、本発明において一層好適な効果を奏することができる。
【００２６】
このような局所的な皮膚中のメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンをより高い測定精度で測定するための方法として、本出願人は、皮膚の反射スペクトルを用いる方法を既に検討している。
この皮膚の反射スペクトルを用いる方法は、皮膚の反射スペクトルからランベルト−ベールの法則に基づく吸光度モデルを置くことにより、皮膚の構成成分の量を求めるものである。すなわち、メラニン、酸化ヘモグロビン等の各成分の反射スペクトルを合成したものと皮膚の反射スペクトルのカーブとを重回帰分析の手法を用いてフィッティングすることにより各成分の寄与分を定めるものである。この場合、反射スペクトルの波長領域として５００〜７００ｎｍの範囲内に限って適用することにより、メラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンを高精度に測定可能であることを見出している。
【００２７】
したがって、対照データを取るための測色装置として上記の反射スペクトル測定原理を用いた装置を適用することにより、本発明において一層好適な効果を奏することができる。
つぎに、分光測色計１０によって測定される皮膚の測色値と例えば上記の反射スペクトル測定原理を用いた装置によって測定される皮膚中の成分の各データを用いて重回帰分析して皮膚の測色値と皮膚中の成分の重回帰式を求める手順を説明する。
【００２８】
被験者として老若６０人の女性を対象として、分光測色計を用いて各人の頬の測色値としてのＸＹＺ三刺激値を求めた。このＸＹＺ三刺激値の意義は、およそＸ刺激値が赤の強さを、Ｙ刺激値が緑の強さを、Ｚ刺激値が青の強さを、それぞれ示すものとみることができる。一方、同じ老若６０人の女性を対象として、反射スペクトル測定原理を用いた装置を用いて各人の頬の皮膚中のメラニン、ヘモグロビン量を求めた。
【００２９】
皮膚中のメラニン、ヘモグロビン量は、以下の重回帰式で算出されるものと仮定した。
【００３０】
【００３１】
上記の重回帰式は分光測色計１０の測色値演算制御部１４に組み込まれ、ＸＹＺ値からメラニン量およびヘモグロビン量が求められる。
ここで、本実施の形態の第１の例に係る皮膚中の成分の測定方法および測定装置の有用性を検証するために、比較例として従来のＬ＊ａ＊ｂ＊表色系におけるＬ＊値とａ＊値を用いる測色機を使用して、それぞれ、４７℃の温浴に３分間皮膚（手）を浸漬し、その後、皮膚を温浴から引き上げたときを開始時点としてその後６０分間にわたって皮膚中の成分量の変化を調べた。図３（ａ）は本実施の形態の第１の例による結果であり、図３（ｂ）は従来の測色機を用いて測定したＬ＊値とａ＊値の結果である。横軸は、いずれも温浴から引き上げた以降の経過時間（単位 ｍｉｎ）を示し、縦軸は、図３（ａ）については皮膚中の成分量（単位 ｍｏｌ・ｃｍ）を示し、図３（ｂ）については、Ｌ＊値とａ＊値（単位 無次元）を示す。ここで、Ｌ＊値はメラニン量を示す指標とされ、ａ＊値はヘモグロビン量を示す指標とされる。なお、それぞれ図中最左端のデータは温浴に浸漬する前の値を示す。
【００３２】
図３（ａ）の本実施の形態の第１の例の場合、ヘモグロビン量は温浴に浸漬した直後に急激に増加し、その後は漸次減少しているが、６０分経過後においても高いレベルに止まっている。一方、メラニン量についてもヘモグロビン量と同様の傾向を示すがその増加の程度は小さくヘモグロビン量の増加率の１／５程度に過ぎない。これに対して比較例の場合、ヘモグロビン量の指標とされるａ＊値については、本実施の形態の第１の例の場合とほぼ同様の傾向を示すが、メラニン量の指標とされるＬ＊値については本実施の形態の第１の例の場合とは異なりヘモグロビン量の指標とされるａ＊値の場合と同様に温浴に浸漬した直後にかなり増加する傾向を示している。
【００３３】
このように皮膚を温浴に浸漬した場合、実際には、ヘモグロビン量が増加し、一方、メラニン量については変化がないことが一般的に知られている。したがって、メラニン量の測定値が変化した本実施の形態の第１の例の場合および比較例の場合の結果はいずれも妥当ではない。しかしながら、変化率（図３（ａ）における浸漬直後のメラニン量の最大値／浸漬前のメラニン量の値、図３（ｂ）における浸漬直後のＬ＊値の最小値／浸漬前のＬ＊値）の観点からみると、本実施の形態の第１の例の方が比較例に比べて変化率が小さいことから、本実施の形態の第１の例の方が比較例に比べて相対的に良好な測定方法および測定装置であるということができる。
【００３４】
なお、上記の各測定方法において実際には変化しないはずのメラニン量の測定値が変化する理由として、本実施の形態の第１の例の場合、測定原理上はメラニン量がほぼ直接的に測定されているにもかかわらず重回帰分析式のもつ誤差や測定装置の測定誤差等が蓄積されたものと考えることができ、一方、比較例の場合、ヘモグロビンの吸収スペクトルとメラニンの吸収スペクトルが重なることによる測定原理上の原因によるものと考えられる。
【００３５】
ここで、本実施の形態の第１の例の測定方法および測定装置を用い、皮膚が紫外線照射を受けて日焼けし、赤みを帯びた状態を想定し、腕部に２ＭＥＤの紫外線を人工的に照射して日焼けを起こさせたときの皮膚中の成分量の経時変化について、紫外線照射直後から１６日間にわたって測定した結果を図４に示す。図４中、横軸は紫外線照射後の経過日数（単位 ｄａｙ）を示し、縦軸は成分量の変化（単位 ｍｏｌ・ｃｍ）を示す。
【００３６】
メラニン量については、紫外線照射直後に急増し、その後漸次減少する傾向を示す。この傾向は一応妥当であるものの、紫外線照射直後短期日で急上昇している点は他の知見からみて必ずしも合理的ではない。これに対して、ヘモグロビン量については、紫外線照射直後に急増し、その後再び急激に減少して短期日でほぼ紫外線照射前のレベルまで回復する傾向を示すが、これは、臨床的に見て妥当な結果であると思われる。
【００３７】
このため、皮膚を温浴に浸漬した場合の上記の結果に基づいて、メラニン量の値をヘモグロビン量の値によって補正することを検討する。
すなわち、皮膚を温浴に浸漬したときの各経過時間におけるメラニン量の値は上記の測定結果ではメラニン量とヘモグロビン量との間に偽相関の関係があるため、見掛け上増加しているが、これを各経過時間におけるメラニン量の値が変化しないで一定値とする補正式を求めた。具体的には、上記のデータを用いてメラニン量の変化とヘモグロビン量との関係式を求め、これをメラニン量の補正項とした。
【００３８】
得られたメラニン量の変化とヘモグロビン量との関係式は、
メラニン量の変化＝０．２１９×ヘモグロビン量＋０．００８ （２−１）
であり、この式（２−１）の相関係数Ｒは０．９４６であった。
したがって、補正後のメラニン量は、
【００３９】
上記のメラニン量の補正式（２−２）の妥当性を検証するために、本実施の形態の第１の例の測定方法および測定装置を用い、皮膚を温浴に浸漬したときのメラニン量および紫外線を照射したときのメラニン量を上記のメラニン量の補正式（２−２）を用いて補正した結果について、図５に示した。図５中、（ａ）は皮膚を温浴に浸漬した場合の結果であり、（ｂ）は紫外線を照射した場合の結果である。
【００４０】
（ａ）の皮膚を温浴に浸漬した場合、補正後のメラニン量は時間の経過にかかわらずほぼ一定の値を示し、これは、（ａ）の原データ（補正前の値）に基づいて補正式（２−２）を作成した関係上およそ当然の結果ということもできるが、一方、（ｂ）の紫外線を照射した場合については、補正後のメラニン量は日数が経過するにつれて漸次増加する傾向を示しており、補正前のメラニン量が短期日で増加する不自然な傾向が解消され、したがって、本補正式が妥当であることがわかった。
【００４１】
つぎに、本実施の形態の第２の例として、皮膚特性としてのメラニン量の分布すなわち顔面の広い範囲におけるシミ・ソバカスの分布状態を測定する皮膚特性の測定方法および測定装置ついて説明する。
図６に本実施の形態の第２の例に係る皮膚特性の測定装置の構成の概略を示す。
【００４２】
測定装置１００は、照明ボックス１０２と、撮像・測色部としてのテレビカメラ１０４と、画像処理制御部としての画像解析プロセッサー１０６とホストコンピュータ１０８とから構成される。
ここで、照明ボックス０１２は、顔面画像を同一条件で取り込むためのものであり、テレビカメラ（ＳＯＮＹ ＸＣ−００７）１０４は、顔面画像を取り込むためのものであり、画像解析プロセッサー（ＮＥＸＵＳ ６８００）１０６およびホストコンピュータ（ＳＵＮ Ｓｐａｃｅ ｓｔａｔｉｏｎ ２）１０８は、取りこんだ画像のデジタル化と画像からの演算処理を行うためのものである。
【００４３】
皮膚特性の測定装置１００を用いた皮膚特性としての顔面のシミ・ソバカスの測定方法について説明する。
測定手順は、図７に示すように、概略以下のとおりである。
（１）まず、照明ボックス１０２内で被験者の顔面を撮像する（Ｓ１）。
（２）撮像されたＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素（ピクセル）ごとにＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系へ変換する。さらにこのＸＹＺ表色系ＸＹＺ値から前記式（１−１）によりメラニン量に変換して、メラニン量の画像を作成する（Ｓ２−１）。これをメラニン量原画像とよぶ。なお、この場合、前記式（１−２）によりヘモグロビン量に変換するとヘモグロビン量画像を併せて示すことができる。
（３）上記と並行して、メラニン量原画像を平滑化処理して、シミ・ソバカスのない画像を作成する（Ｓ２−２）。これをメラニン量平滑化画像とよぶ。
（４）メラニン量原画像とメラニン量平滑化画像の対応する各画素ごとにメラニン量・ヘモグロビン量の差分を算出し、その画像を作成する（Ｓ３）。これをメラニン量差分画像とよぶ。計測範囲内におけるこの差分の値が０．２ｍｏｌ・ｃｍ以上の画素の総和を求めてシミ・ソバカスの指標とする（Ｓ４）。
【００４４】
なお、本出願人は、従来、上記のステップＳ２−１、Ｓ２−２において、ＸＹＺ表色系ＸＹＺ値からＬ* ａ* ｂ* 表色系Ｌａｂ値を求め、Ｌａｂ値の色差画像を作成して皮膚特性の評価を行なってきた（前出、舛田勇二他 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ ＳＣＣＪ ２８，１４７（１９９４））。
上記した測定手順について、さらに具体的に説明する。
（１）照明ボックス１０２の作成
照明ボックス１０２内で顔面を均一に照明するために２×２×２ｍの大きさの照明ボックス１０２の前面の左右上下に１０個、側面部に２個のハロゲン電球を配置した。照明ボックス１０２内は２枚の色温度変換フィルタを配置することでＣ光源を作成した（電球：ＦＵＪＩ ＪＣＶ １００Ｖ ７５ＷＦ、フィルタ：ＲＤＳリュークロームフィルターII ＲＢ４，ＲＢ６）。なお、本光源の平均演色性評価数（基準光源ＩＣ）は９５．６７である。
（２）メラニン量原画像の作成
各画素におけるＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系への変換は、ＲＧＢ撮像管特性からＸＹＺ三刺激値にあてはまる一次変換式の係数を、最小２乗法を使用して算出し、以下の変換式を求めた。
【００４５】
Ｘ＝０．５９Ｒ＋０．２３Ｇ＋０．１８Ｂ （３−１）
Ｙ＝０．３１Ｒ＋０．６０Ｇ＋０．０９Ｂ （０≦Ｙ≦１００） （３−２）
Ｚ＝１．００Ｂ （３−３）
つぎに、前記式（１−１）を用いてＸＹＺ三刺激値（ＸＹＺ値）をメラニン量に変換し、メラニン量原画像を作成した。
（３）メラニン量平滑化画像の作成
本測定では顔面全体を５１２×４８０画素のサイズ内に取りこんでいるため、１画素が約０．５ｍｍの大きさに相当する。平滑化には移動平均法を使用したが、移動距離が小さいときは老人性色素斑等の大きなシミでは中央部の中抜けが生じ、また移動距離が大きいときは顔面の皺を拾いやすくなり測定には不適当であったため（図示せず。）、平滑化マトリクスは２５×２５（約７．５×７．５ｍｍ２）画素を採用した。以上の手順でメラニン量平滑化画像を作成した（図示せず。）。
（４）シミ・ソバカスの指標の算出と解析
メラニン量原画像とメラニン量平滑化画像の対応する各画素ごとにメラニン量の差分を算出し、メラニン量差分画像を作成した。メラニン量差分を基準にして、シミ・ソバカスを濃度別に分類し、視覚化と定量化を行なった。解析例を図８に示す。
【００４６】
この場合、メラニン量差分が０．２ｍｏｌ・ｃｍ未満の範囲では画像のノイズの影響を受けやすく視感ではほとんど判別できない色レベルのムラであるため、メラニン量差分が０．２ｍｏｌ・ｃｍ以上の範囲を０．２ｍｏｌ・ｃｍ刻みで分割し、０．２ｍｏｌ・ｃｍ以上０．４ｍｏｌ・ｃｍ未満の範囲を薄いシミ・ソバカス、０．４ｍｏｌ・ｃｍ以上０．６ｍｏｌ・ｃｍ未満の範囲を中程度のシミ・ソバカス、０．６ｍｏｌ・ｃｍ以上を濃いシミ・ソバカスとした。
【００４７】
図８中（ａ）の撮像したＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像では大きな１つの色素斑として現われていたものが、（ｂ）のメラニン量差分画像では色の濃淡によって区分され、シミ・ソバカスの濃さおよびその顔面分布状態が把握できた。
つぎに、上記の測定方法にさらに前記の本発明のヘモグロビン量を算出する前記式（１−２）およびヘモグロビンがメラニンの測定に与える誤差を補正、除去する前記補正式（２−２）を適用してヘモグロビンの影響を一層確実に除く手順について説明する。
【００４８】
照明ボックス内で被験者の顔面を撮像し（Ｓ１）、撮像された原画像の各画素ごとにＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系へ変換する（Ｓ２の途中）までは、従来の測定方法と同様である。
ＸＹＺ表色系へ変換した時点で、本実施の形態の第１の例に係る皮膚中の成分の測定方法における式（１−１）、（１−２）を各画素ごとに適用してＸＹＺ値からメラニン量およびヘモグロビン量を求め、さらに補正式（２−２）を各画素ごとに適用してヘモグロビン量の影響を補正、除去されたメラニン量を求める。
【００４９】
この結果、ヘモグロビン量の影響が一層確実に除かれたメラニン量（シミ。ソバカス）が求められる。
メラニン量を求めた以降の手順は、先に述べた方法と同様であり、すなわち、メラニン量原画像を平滑化処理してメラニン量平滑化画像を作成し、メラニン量原画像とメラニン量平滑化画像との各画素ごとにメラニン量の差分を求めメラニン量差分画像を作成する。
【００５０】
図９に従来の測定方法によるシミ・ソバカスの測定結果と上記本発明の測定方法による測定結果を比較して示す。ここで、（ａ）は撮像したＲＧＢ値の原画像であり、（ｂ）は従来本出願人が用いたＬ* ａ* ｂ* 表色系Ｌａｂ値の色差画像であり、（ｃ）は本発明の測定方法によるメラニン量差分画像である。
撮像したＲＧＢ値の原画像に示されるにきびは、皮膚に炎症が生じ皮膚中の血液が増加してヘモグロビン量が増加する結果生じるものであり、これはメラニンから生じるシミ・ソバカスとは全く別異のものであるが、従来の測定方法によるＬ* ａ* ｂ* 表色系Ｌａｂ値の色差画像では濃いシミ・ソバカスのように表示される。これに対して本発明の測定方法によるメラニン量差分画像ではにきびの部分は消失しており、皮膚の赤みとしてのにきびが濃いシミ・ソバカスとして誤って判断される不具合が解消される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る皮膚中成分の測定方法によれば、皮膚の測色値と皮膚中の成分量のデータを重回帰分析して重回帰式を予め求め、重回帰式を用いて皮膚の測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求めるため、従来の測色装置に比べて、高い精度で皮膚中の成分を測定することができる。
【００５２】
この場合、測色値は、ＸＹＺ表色系三刺激値であると、上記の本発明の効果を好適に奏することができ、また、特に、以下に述べる皮膚の特性を測定する方法と組み合わせて、皮膚特性の測定精度を向上することができる。
また、この場合、測定される皮膚中の成分のうちのメラニンについて、メラニンと酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンとの偽相関によるメラニン測定値への寄与分を補正して誤差を除く構成とすると、より高い精度で皮膚中の成分を測定することができ、また、皮膚特性の測定精度をより向上することができる。
【００５３】
また、本発明に係る皮膚中成分の測定装置によれば、皮膚の反射光を得る照明・受光光学系部と、測色値を求め、測色部により得られる測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求める測色値演算制御部と、を有するため、構造および操作がともに簡易でかつ安価な装置を用いて、高い精度で皮膚中成分を測定することができる。
【００５４】
また、本発明に係る皮膚特性の測定方法によれば、皮膚の状態を撮像して得た画像をディジタル画像処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらに、上記の皮膚中の成分の測定方法を用いて皮膚中の成分量の画像を作成するため、皮膚特性を高い精度で測定することができ、特に、皮膚が赤みを帯びた場合等、皮膚中の酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの量が変化した場合においても、皮膚特性を高い精度で測定することができる。
【００５５】
また、この場合、皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、皮膚中の成分量の画像および皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とすると、一層好適に皮膚特性を測定することができる。
【００５６】
また、本発明に係る皮膚特性の測定装置は、皮膚の状態を撮像する撮像部と、撮像部により撮像して得た画像をディジタル画像化処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらにＸＹＺ表色系ＸＹＺ値から皮膚中の成分量を求めて皮膚中の成分量の画像を作成し、さらに皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、皮膚中の成分量の画像および皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とする画像処理制御部とを備えるため、高い精度で皮膚特性を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の第１の例に係る皮膚中成分の測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態の第１の例に係る皮膚中成分の測定方法によって測定される測色値から算出した成分量と別の測定方法により測定した性分量との相関図であり、（ａ）は成分量がメラニン量の場合を示し、（ｂ）は成分量がヘモグロビン量の場合を示す。
【図３】皮膚を温浴で暖めた後の皮膚中の成分量の推移を示すものであり、（ａ）は本実施の形態の第１の例に係る皮膚中成分の測定方法による測定結果を示し、（ｂ）は従来の測色機を用いた測定結果を示す。
【図４】紫外線照射した後の皮膚中の成分量の推移について、本実施の形態の第１の例に係る皮膚中成分の測定方法により測定した結果を示す図である。
【図５】メラニンと酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンとの偽相関によるメラニン測定値への寄与分を補正して誤差を除いた結果を説明するためのものであり、（ａ）は皮膚を温浴で暖めた後の皮膚中の成分量の推移を示す図であり、（ｂ）は紫外線照射した後の皮膚中の成分量の推移を示す図である。
【図６】本実施の形態の第２の例に係る皮膚特性の測定装置の概略構成を示す図である。
【図７】本実施の形態の第２の例に係る皮膚特性の測定方法の概略の手順を示すフローチャートである。
【図８】本実施の形態の第２の例に係る皮膚特性の測定方法により顔面のシミ・ソバカスの状態を測定したものであり、（ａ）は撮像した原画像を示し、（ｂ）はメラニン量差分画像を示す。
【図９】メラニンとヘモグロビンとの偽相関によるメラニン測定値への寄与分を補正して誤差を除いた効果を説明するためのものであり、（ａ）は撮像した原画像であり、（ｂ）は従来の測定方法であるＬａｂ値の色差画像であり、（ｃ）は図９のメラニン量差分画像を補正したヘモグロビン補正した後のメラニン量差分画像である。
【符号の説明】
１０ 分光測色計
１２ 照明・受光光学系部
１４ 測色値演算制御部
１００ 皮膚特性の測定装置
１０２ 照明ボックス
１０４ テレビカメラ
１０６ 画像解析プロセッサー
１０８ ホストコンピュータ
Claims (7)
- 皮膚の測色値と皮膚中の成分量のデータを重回帰分析して重回帰式を予め求め、該重回帰式を用いて皮膚の測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求めることを特徴とする皮膚中の成分の測定方法。
- 前記測色値は、ＸＹＺ表色系三刺激値であることを特徴とする請求項１ 記載の皮膚中の成分の測定方法。
- 測定される前記皮膚中の成分のうちのメラニンについて、メラニンと酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンとの偽相関によるメラニン測定値への寄与分を補正して誤差を除くことを特徴とする請求項１または２に記載の皮膚中の成分の測定方法。
- 皮膚の反射光を得る照明・受光光学系部と、測色値を求め、該測色部により得られる測色値から皮膚中の成分であるメラニン、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンからなる群より選択された少なくとも一つの物質の量を求める測色値演算制御部と、を有することを特徴とする皮膚中の成分の測定装置。
- 皮膚の状態を撮像して得た画像をディジタル画像処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、該ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらに、請求項１〜３のうちのいずれか１ 項に記載の皮膚中の成分の測定方法を用いて皮膚中の成分量の画像を作成することを特徴とする皮膚特性の測定方法。
- 前記皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、該皮膚中の成分量の画像および該皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とすることを特徴とする請求項５記載の皮膚特性の測定方法。
- 皮膚の状態を撮像する撮像部と、該撮像部により撮像して得た画像をディジタル画像化処理してＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像を作成し、該ＲＧＢ表色系ＲＧＢ値の画像の各画素ごとにＲＧＢ値からＸＹＺ表色系ＸＹＺ値を求め、さらに該ＸＹＺ表色系ＸＹＺ値から皮膚中の成分量を求めて該皮膚中の成分量の画像を作成し、さらに該皮膚中の成分量の画像を平滑化処理して皮膚中の成分量の平滑化画像を作成し、該皮膚中の成分量の画像および該皮膚中の成分量の平滑化画像それぞれの各画素における皮膚中の成分量の差を算出して皮膚中の成分量の差分画像を作成し、シミ・ソバカスの指標とする画像処理制御部とを備えることを特徴とする皮膚特性の測定装置。
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