KR20190054155A - 광간섭 단층 화상 촬상 장치 및 계측 방법 - Google Patents

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Abstract

RGB 3색의 저코히런트광을 동시에 사출하는 광원부를 구비하고, RGB 3색의 저코히런트광을 측정 대상에 조사하며, 그 반사광과 참조광에 의한 간섭광을 RGB 색마다 검출하여 풀컬러의 광간섭 단층 화상을 생성하는 광간섭 단층 화상 촬상 장치에 있어서, 화상 생성부가, R, G, B 3색의 간섭광 신호 강도의, 제1 깊이 영역에서의 신호 감쇠에 관한 감쇠 관련값을 산출하며, 제1 깊이 영역보다 깊은 제2 깊이 영역의 신호 강도를 감쇠 관련값에 따라 보정하여 간섭광의 보정 신호를 구하는 보정 처리부를 구비하며, R, G, B에 대하여 각각 구해진 보정 신호를 이용하여 풀컬러의 광간섭 단층 화상을 생성한다.

Description

광간섭 단층 화상 촬상 장치 및 계측 방법
본 발명은, 광간섭 단층 화상 촬상 장치에 관한 것으로, 특히 풀컬러의 광간섭 단층 화상을 취득 가능한 광간섭 단층 화상 촬상 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 광간섭 단층 화상 촬상 장치를 이용한 계측 방법에 관한 것이다.
화장품이나 의약품의 개발, 및 의료에 있어서, 피부 내부의 상태를 관찰하는 것은 중요하다. 유럽에서는, 2013년 봄에 동물 실험을 한 화장품의 판매가 전면 금지가 되었기 때문에, 인간 피부를 비파괴로, 또한 비침습으로 관찰하는 수법의 필요성이 증가하고 있다.
비파괴, 비침습인 단층 화상 촬상법의 하나로서, 광간섭 단층 화상 촬상 장치(이하에 있어서, OCT(Optical Coherence Tomography) 장치라고 하는 경우가 있음)가 알려져 있다. 이것은, 광간섭을 이용한 단층 촬상법으로, 1990년대부터 개발이 진행되어, 주로 안저 검사 등에 적용되고 있으며, 일반적으로 근적외의 광(1.3μm, 또는 1.5μm)이 사용되고 있다.
실용화되어 있는 근적외 OCT 장치는 깊이 분해능이 약 20μm 정도이기 때문에, 피부의 고분해능 관측에는 적합하지 않다. 피부의 층 구조는, 표면 측으로부터 각질(두께 10~30μm), 표피(두께 100~300μm), 진피(두께 1mm 이상)로 되어 있어, 분해능 20μm로는 충분하지 않았다.
이것에 대하여, 자외~가시광역을 이용하여 분해능을 향상시킨 가시 분광 OCT 장치의 개발이 진행되고 있고, 가시광의 피부 내에서의 산란의 모습이 관찰 가능한 장치가 일본 공개특허공보 2013-108766호, 일본 공개특허공보 2015-163862호 및 일본 공표특허공보 2007-523386호 등에 있어서 제안되고 있다.
일본 공개특허공보 2013-108766호에서는, 가시광역의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 저(低)코히런트광을 각 색의 SLD(Super Luminescent Diode) 광원으로 각각 발생시키고, 피부의 레플리카에 파운데이션을 도포하여 표면 요철이나 파운데이션층의 두께를 평가하는 방법이 고안되어 있다. 그러나, 일본 공개특허공보 2013-108766호에 개시되어 있는 RGB-OCT 장치는, 가시광역의 광원으로서 R, G, B 각 색의 SLD 광원을 구비하는 구성이기 때문에, 구비되어 있는 광원의 파장에서의 측정에 한정되어, 임의색에서의 측정은 할 수 없다.
한편, 일본 공개특허공보 2015-163862호에 개시되어 있는 OCT 장치는, 광원부에 백색 광원과 임의의 파장역을 잘라내는 스펙트럼 성형부를 갖기 때문에, 가시광역의 임의의 파장을 이용한 광간섭 단층 화상을 취득할 수 있다.
그런데, 인간 피부에 관한 분야에서는, 연령 증가와 함께 인간의 피부 내부가 노랗게 칙칙해지는 "황변"이라고 불리는 현상이 알려져 있다. 자외선이 피부에 조사됨으로써, 진피에 있어서의 단백질의 산화 반응 등이 계기가 되어 발생한다고 생각되고 있다. 이와 같은 피부 내부의 색을 관찰 가능한 측정 장치에 대한 요망이 있다.
물체 내부의 색을 알고자 하는 요구는, 피부뿐만 아니라, 차체 등 색재를 다층으로 도장한 계(系)나, 회화 등의 미술품, 식품의 부식 검사, 내장의 의료 진단 등의 분야에 있어서도 넓게 존재하고 있다. 따라서, 깊이 방향에 있어서의 구조 내부의 색조를 비파괴로 정량하는 방법으로서도 응용 가능한, 측정 대상 내부의 풀컬러 광간섭 단층 화상(이하에 있어서, OCT 화상이라고 하는 경우가 있음)을 취득할 수 있는 장치에 대한 강한 수요가 전망된다.
그러나, 앞서 설명한 일본 공개특허공보 2013-108766호 및 일본 공개특허공보 2015-163862호 등에 있어서는, 단색의 OCT 화상을 비교 등 함으로써 내부 구조의 분석 등을 행하는 것을 주로 의도하고 있으며, 풀컬러 화상을 취득하는 것에 대해서는 상정되어 있지 않았다.
한편, Francisco E. Robles, Christy Wilson, Gerald Grant & Adam Wax, "Molecular imaging true-color spectroscopic optical coherence tomography", Nature Photonics 5, 744-747(1 December 2011)에 있어서는, 살아있는 마우스의 피부에 대하여, 색재현한 OCT 화상을 얻었다. 구체적으로는 색소가 매우 옅은 알비노 마우스의 등의 피부를 얇게 늘려 챔버로 끼워 고정시킨 상태에서 OCT 화상을 측정하여, 130μm를 초과하는 비교적 깊은 곳까지의 정보를 취득할 수 있었다.
또, 일본 공표특허공보 2007-523386호에 있어서는, 풀컬러 OCT 화상을 취득 가능한 장치가 제안되어 있다.
측정 대상의 표면에 조사된 측정광은, 측정 대상 내부에 침입하고, 내부에서 산란되어 표면 측으로 되돌아와, 렌즈 등의 광학 부품을 통하여 검출기로 검출되게 된다. 이때, 실제로는 측정 대상 중에 존재하는 색소에 의한 광의 흡수나 산란에 의한 광의 감쇠가 발생한다. 이로 인하여, 측정 대상의 내부로부터의 산란광에 근거하는 신호(간섭광)를 검출할 수 있어도, 그 산란광의 색은, 광흡수 등의 영향을 포함하는 유사색이며, 실제 색이라고는 할 수 없다.
Francisco E. Robles, Christy Wilson, Gerald Grant & Adam Wax, "Molecular imaging true-color spectroscopic optical coherence tomography", Nature Photonics 5, 744-747(1 December 2011)에서는, 색소가 옅고 광이 투과하기 쉬운 알비노 마우스를 측정 대상으로 하고 있고, 마우스의 등의 피부를 늘려서 고정시킨 상태에서 측정이 행해졌기 때문에 양호한 촬영이 가능했지만, 색소가 진한 인간 피부나 도장막 등에 대하여, 동일하게 깊은 영역까지 측정하는 것은 곤란하고, 또한 실제 색을 검출할 수는 없다고 생각된다. 또한, 일본 공표특허공보 2007-523386호에 있어서도, 측정 대상 내부에 있어서의 색소에 의한 광의 흡수 등의 영향이 고려되어 있지 않기 때문에, 풀컬러 OCT 화상을 취득할 수 있어도, 어디까지나 유사색이며, 실제 색을 관찰할 수 없었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 측정 대상 내부의 실제 색을 취득할 수 있는 광간섭 단층 화상 촬상 장치 및 광간섭 단층 화상 촬상 장치를 이용한 계측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치는, 적색 파장의 저코히런트광, 녹색 파장의 저코히런트광 및 청색 파장의 저코히런트광을 동시에 사출하는 광원부와,
광원부로부터 사출된 저코히런트광을 측정광과 참조광으로 분할하는 광 분할부와,
측정광을 측정 대상에 조사하는 측정광 조사 광학계와,
측정광이 측정 대상에 조사되었을 때의 측정 대상으로부터의 반사광과 참조광을 중첩시키는 합파부(合波部)와,
합파부에 의하여 합파된 반사광과 참조광과의 간섭광을 검출하는 간섭광 검출부와,
간섭광 검출부에 의하여 검출된 간섭광으로부터 측정 대상의 광간섭 단층 화상을 생성하는 화상 생성부를 갖고,
화상 생성부가, 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장의 간섭광의 신호 강도의, 제1 깊이 영역에서의 감쇠에 관한 감쇠 관련값을 산출하며, 제1 깊이 영역보다 깊은 제2 깊이 영역의 신호 강도를 감쇠 관련값에 따라 보정하여 간섭광의 보정 신호를 구하고, 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장에 대하여 각각 구해진 보정 신호를 이용하여 풀컬러의 광간섭 단층 화상을 생성하는 광간섭 단층 화상 촬상 장치이다.
본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치에 있어서는, 화상 생성부를, 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장의 간섭광의 신호 강도의, 제1 깊이 영역에 있어서의 감쇠 상수를 감쇠 관련값으로서 산출하는 감쇠 상수 산출부와, 감쇠 상수 산출부에서 얻어진 감쇠 상수를 이용하여, 제2 깊이 영역에 있어서의 신호 강도를 보정하여 보정 신호를 구하는 신호 보정 연산부를 구비한 것으로 할 수 있다.
본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치에 있어서는, 측정 대상의 표면에 있어서의 분광 반사율을 측정하는 분광 반사율 측정부를 더 구비하고, 화상 생성부를, 분광 반사율로부터 제1 깊이 영역에 포함되는 색소의 농도를 구하는 색소 농도 산출부와, 색소 농도 산출부에 있어서 얻어진 색소의 농도에 근거하여, 색소에 의한 광의 감쇠량을 감쇠 관련값으로서 구하며, 제2 깊이 영역에 있어서의 신호 강도를 보정하여 보정 신호를 구하는 신호 보정 연산부를 구비한 것으로 해도 된다.
여기에서, 색소 농도 산출부에 있어서는, 색소로서 멜라닌의 농도를 구하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치에 있어서는, 적색 파장이 612nm이고, 녹색 파장이 537nm이며, 청색 파장이 448nm인 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 파장은, 광원부로부터 사출되는 저코히런트광의 각 색에 있어서의 피크 파장이다.
또한, 광원부로부터 사출되는 각 색의 저코히런트광은 피크 파장을 중심으로 하는, 대략 가우시안 분포 형상의 스펙트럼을 갖는다.
본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치에 있어서는, 간섭광 검출부가, 적색 파장의 간섭광을 검출하는 광 검출기와, 녹색 파장의 간섭광을 검출하는 광 검출기와, 청색 파장의 간섭광을 검출하는 광 검출기를 각각 별개로 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치는, 스펙트럴 도메인형이어도 되고, 타임 도메인형이어도 되지만, 측정 시간이 단축되는 관점에서는 스펙트럴 도메인형이 바람직하다.
특히, 측정광 조사 광학계로서 측정 대상에 측정광을 라인상으로 조사하는 제1 실린드리컬 렌즈를 구비하고, 합파부와 간섭광 검출부와의 사이에, 제1 실린드리컬 렌즈와 서로의 원통축이 직교 배치된 제2 실린드리컬 렌즈를 구비하며, 간섭광 검출부가, 간섭광을 분광 검출하는 것이고, 화상 생성부가 간섭광 검출부에 의하여 분광 검출된 간섭광에 근거하는 신호를, 푸리에 변환에 의하여 깊이 정보로 변환시키는 구성의 스펙트럴 도메인형의 광간섭 단층 화상 촬상 장치인 것이 바람직하다.
본 발명의 계측 방법은, 본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치를 이용하고,
측정 대상에 대하여, 측정광을 조사하며,
참조광과 측정 대상으로부터의 반사광과의 간섭광을 검출하고,
측정 대상의 광간섭 단층 화상을 생성하며,
광간섭 단층 화상을 화상 표시 장치에 표시하여, 간섭광으로부터 측정 대상의 표면 혹은 내부의 광학적 특징을 구하여 화상 표시 장치에 표시하는 계측 방법이다.
광학적 특징으로서는, 측정 대상의 표면 혹은 내부의 임의 개소에 있어서의 반사광 강도, 반사광 강도의 깊이 방향 프로파일, 혹은 감쇠 상수 등을 들 수 있다. 여기에서, 반사광 강도에는, 산란광에 의한 광도 포함된다.
측정 대상으로서는, 도막이나 인간 피부, 식물, 인쇄물, 파괴할 수 없는 회화, 귀중한 고미술품 등을 들 수 있다.
측정 대상이 인간 피부일 때, 인간 피부에 대한 임의의 화장품 혹은 의약품의 도포 전, 및 도포 후 각각의 경우의 인간 피부에 대한 광간섭 단층 화상을 생성하고, 광학적 특징을 구하여, 도포 전 및 도포 후의 광간섭 단층 화상 및 광학적 특징을 각각 화상 표시 장치에 표시하는 것이 바람직하다. 또, 측정 시간 내에 인간 피부가 미크론 오더로 움직이지 않도록 고정하는 것은 어렵기 때문에, 원숏으로 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치에 의하면, 화상 생성부가, 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장의 간섭광의 신호 강도의, 제1 깊이 영역에서의 신호 감쇠에 관한 감쇠 관련값을 산출하고, 제1 깊이 영역보다 깊은 제2 깊이 영역의 신호 강도를 감쇠 관련값에 따라 보정하여 간섭광의 보정 신호를 구하며, 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장에 대하여 각각 구해진 보정 신호를 이용하여 풀컬러의 광간섭 단층 화상을 생성하므로, 측정 대상 내부의 실제 색을 취득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 광간섭 단층 화상 촬상 장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 광원부에 구비되어 있는 스펙트럼 형성부의 투과율 프로파일을 나타내는 도이다.
도 3a는 제1 다이크로익 필터의 반사율 프로파일을 나타내는 도이다.
도 3b는 제2 다이크로익 필터의 반사율 프로파일을 나타내는 도이다.
도 3c는 제2 다이크로익 필터의 투과율 프로파일을 나타내는 도이다.
도 4는 화상 생성부의 구체적인 구성예 1을 나타내는 블록도이다.
도 5는 화상 생성부의 구체적인 구성예 2를 나타내는 블록도이다.
도 6a는 제1 및 제2 깊이 영역으로 이루어지는 피부의 단면 모식도이다.
도 6b는 제1~제n 깊이 영역으로 이루어지는 피부의 단면 모식도이다.
도 7은 3층 구조의 도막의 단면 모식도이다.
도 8a는 컬러화의 절차를 설명하기 위한 도(그 1)이다.
도 8b는 컬러화의 절차를 설명하기 위한 도(그 2)이다.
도 8c는 컬러화의 절차를 설명하기 위한 도(그 3)이다.
도 9는 모델 피부의 개략도이다.
도 10은 흰 피부 모델의 외관 (A) 및 OCT 화상 (B)를 나타내는 도이다.
도 11은 황색기가 강한 피부 모델의 외관 (A) 및 OCT 화상 (B)를 나타내는 도이다.
도 12는 본 실시형태의 광간섭 단층 화상 촬상 장치에 있어서, 인간 피부 계측에 의하여 취득된 적색, 녹색 및 청색의 각 파장역에서 취득된 OCT 화상이다.
도 13a는 제1 보정 방법에 대하여 설명하기 위한 도이며, 녹색의 파장역에서 취득된 OCT 화상이다.
도 13b는 제1 보정 방법에 대하여 설명하기 위한 도이며, 도 13a의 화상 데이터에서 취득된 신호 강도의 깊이 방향에 있어서의 1차원 프로파일을 나타내는 도이다.
도 14는 제1 보정 방법에 의한 보정 전 및 보정 후의 풀컬러 OCT 화상을 나타내는 도이다.
도 15는 제2 보정 방법에 대하여 설명하기 위한 도이며, 측정 대상에 대한 분광 반사율을 나타내는 도이다.
도 16은 제2 보정 방법에 의한 보정 전 및 보정 후의 풀컬러 OCT 화상을 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치(이하에 있어서 OCT 장치라고 함)의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 OCT 장치(1)의 전체 구성을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 OCT 장치(1)는 저코히런트광(L0)을 사출하는 광원부(10)와, 광원부(10)로부터 사출된 저코히런트광(L0)을 측정광(L1)과 참조광(L2)으로 분할하는 광 분할부(3)와, 측정광(L1)을 측정 대상(S)(여기에서는, 인간 피부)에 라인상으로 조사하는 측정광 조사 광학계(20)와, 측정광(L1)이 측정 대상(S)에 조사되었을 때의 측정 대상(S)으로부터의 반사광(L3)과 참조광(L2)을 중첩시키는 합파부(4)와, 합파부(4)에 의하여 합파된 반사광(L3)과 참조광(L2)과의 간섭광(L4)을 R광, G광, B광으로 분리하는 다이크로익 필터(42, 44)와, 간섭광(L4) 중의 B광(B 간섭광)(L4B)을 분광 검출하는 B 간섭광 검출부(30B)와, G광(G 간섭광)(L4G)을 분광 검출하는 G 간섭광 검출부(30G)와, R광(R 간섭광)(L4R)을 분광 검출하는 R 간섭광 검출부(30R)와, 각 간섭광 검출부(30R, 30G, 30B)에 의하여 검출된 간섭광으로부터 측정 대상의 광간섭 단층 화상(이하에 있어서 OCT 화상이라고 함)을 생성하는 화상 생성부(50)와, OCT 화상을 표시하는 화상 표시 장치(60)를 갖는다.
광원부(10)는, 적색 파장의 저코히런트광, 녹색 파장의 저코히런트광 및 청색 파장의 저코히런트광을 동시에 사출하는 것이며, 예를 들면 적어도 400nm~800nm에 걸친 파장역을 포함하는 광을 사출하는 단일의 광원(11) 및 광원(11)으로부터 사출된 광으로부터 적색 파장역, 녹색 파장역 및 청색 파장역을 잘라내어 스펙트럼 성형을 하는 스펙트럼 성형부(12)를 갖는다. 광원부(10)는, 스펙트럼 성형된 적색 파장의 저코히런트광, 스펙트럼 성형된 녹색 파장의 저코히런트광, 스펙트럼 성형된 청색 파장의 저코히런트광을 포함하는 저코히런트광(L0)을 사출한다.
광원(11)은 적어도 400nm~800nm의 가시광역을 포함하는 백색 광원이며, 특히 수퍼 컨티늄광을 사출하는 백색 광원이 적합하다.
스펙트럼 성형부(12)는, 광원(11)으로부터 사출되는 가시광 전역을 포함하는 대역(帶域)의 광으로부터 임의의 파장역을 잘라내어, 가우시안 분포로 스펙트럼 성형을 하는 가우시안 필터이다. 풀컬러의 화상을 실현하기 위하여, 적어도 적색, 녹색, 청색의 3원색을 개개로 스펙트럼 성형하여 동시에 투과시키는 복수 피크를 갖는, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같은 투과 스펙트럼을 갖는 가우시안 필터가 바람직하다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수 피크의 투과 스펙트럼을 갖는 필터는, 개개의 피크가 가우시안 분포를 갖는다.
또한, R, G, B의 각각의 파장역은, 풀컬러를 재현 가능한 조합이면 되지만, 특히, 청색의 피크 파장으로서 448nm, 녹색의 피크 파장으로서 537nm, 적색의 피크 파장으로서 612nm를 이용하는 것이 바람직하다. W.A. Thornton(1973)은, 컴퓨터 프로그램을 이용하여, 다수의 조건 등색쌍을 발생시키고, 동일한 백색의 교차 파장의 빈도 분포를 계산하여, 이들 교차 파장이 448nm, 537nm 및 612nm 근방에 집중하는 것을 발견했다. 이들 파장을 이용함으로써, 백색의 재현 성능이 매우 양호하다.
또한, 광원부는, 상기와 같은 백색 광원과 스펙트럼 성형부로 이루어지는 구성 대신에, R광을 사출하는 광원, G광을 사출하는 광원 및 B광을 사출하는 광원을 각각 구비해도 된다. 이와 같은 광원으로서는, R, G 및 B의 각 색의 SLD가 적합하다.
본 실시형태에 있어서, 광원부(10)로부터 사출된 저코히런트광(L0)을 측정광(L1), 참조광(L2)으로 분리하는 광 분할부(3)는, 석영판에 의하여 구성되어 있고(이하에 있어서 석영판(3)이라고 하는 경우가 있음), 이것은, 측정 대상(S)에 조사된 측정광(L1)의 반사광(L3)과 참조광(L2)을 합파하는 합파부(4)로서도 기능하는 것이다. 석영판(3(4))은, 저코히런트광(L0)이 그 입사면에 0°가 아닌 소정의 입사 각도(예를 들면, 45°)로 입사하고, 석영판(3(4))의 입사면에 입사한 저코히런트광(L0) 중 입사면에서 반사한 광을 측정광(L1)으로서 측정 대상(S)에 조사하며, 입사면에 입사한 저코히런트광(L0) 중 석영판(3(4))을 투과한 광을 참조광(L2)으로서 반사 부재(6)에 입사시키도록 구성되어 있다.
광 분할부(3) 및 합파부(4)로서는, 일반적인 빔 스플리터, 하프 미러 등을 이용하는 것도 가능하지만, 석영판은 저가이며, 또한 반사광이 4% 정도로 매우 낮기 때문에, 이 반사광을 측정광으로서 이용함으로써 인간 피부에 대한 자극을 억제할 수 있어, 매우 바람직하다.
또한, 광로 길이 등의 광학계의 대칭성을 향상시키기 위하여, 석영판(5)이 측정광(L1)의 광로 상에 배치되어 있다. 분산 보상용의 석영판(5)은, 광 분할부인 석영판(3)과 동일 형상이며, 석영판(3)과 대략 평행으로 배치되어 있다.
석영판(3(4))과 측정 대상(S)과의 사이에는, 측정광 조사 광학계(20)가 구비되어 있다. 측정광 조사 광학계(20)에는 제1 실린드리컬 렌즈(21)가 구비되어 있고, 이 제1 실린드리컬 렌즈(21)에 의하여, 측정 대상(S)의 표면 상의 1축(도 1 중 지면 깊이 방향) 방향(y)으로 뻗는 라인상으로 측정광(L1)을 조사하도록 구성되어 있다. 제1 실린드리컬 렌즈(21)로서는, 예를 들면 초점 거리 f=75mm의 것을 구비한다. 측정광(L1)을 라인상으로 조사함으로써, 2차원 단층 화상을 단시간의 1회의 노광에 의하여 취득할 수 있다.
또한, 측정광 조사 광학계(20)에는, 도시하지 않은 편광자, 줌 렌즈 등의 다른 광학계를 구비하고 있어도 된다.
반사 부재(6)는 예를 들면 미러로 이루어지고, 광 분할부(3)에서 분리된 참조광(L2)을 합파부(4) 측에 반사하도록 배치되어 있다.
합파부(4)는, 반사 부재(6)에 의하여 반사된 참조광(L2)과 측정 대상(S)으로부터의 반사광(L3)을 합파하여 간섭광 검출부 측에 사출하는 것이며, 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, 합파부(4)는 광 분할부(3)를 겸하는 석영판에 의하여 구성되어 있다.
참조광(L2)과 반사광(L3)과의 간섭성을 양호한 것으로 하기 위해서는, 참조광(L2)과 반사광(L3)이 통과한 광로 길이나, 파장 분산 특성이 동일한 것을 필요로 한다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 참조광(L2)의 광로 상에는 측정광(L1)(및 그 반사광(L3))의 광로 상에 배치되는 제1 실린드리컬 렌즈(21)와 동일한, 예를 들면 f=75mm의 실린드리컬 렌즈(25)를 구비하고 있다. 또, 측정 대상(S)에 조사된 측정광(L1) 중, 측정 대상(S)으로부터 반사하여 합파부(4)로 되돌아오는 반사광(L3)은 매우 작기 때문에, 참조광(L2)과 반사광(L3)과의 대칭성을 담보하기 위하여, 참조광(L2)의 강도를 저감시키기 위한 감광 필터(ND 필터)(27)를 참조광(L2)의 광로 상에 구비하고 있다. 나아가서는, 감광 필터(27)에 의하여 발생하는 광로 차를 보상하기 위하여 측정광(L1)의 광로 상에는 광로 조정 기구(28)를 구비하고 있다. 광로 조정 기구(28)는, 감광 필터(27)에 의하여 발생하는 광로 차를 보상할 수 있는 구성이면 특별히 제한은 없지만, 구체적으로는, 두께를 조정한 석영판을 이용할 수 있다. 이와 같이, 참조광(L2)의 광로 길이가, 측정 대상(S)의 기준점(여기에서는, 측정 대상(S)의 표면)에 조사되는 측정광(L1)의 광로 길이와 동일해지도록 광학계를 구성하는 것이 바람직하다.
3개의 간섭광 검출부(30B, 30G, 30R)는, 각각 합파부(4)에 의하여 합파된 반사광(L3)과 참조광(L2)과의 간섭광(L4) 중 B 성분, G 성분 및 R 성분을 더 분광하여 파장 성분마다 검출하는 것이며, 간섭광(L4)을 분광하는 분광기(31)와, 2차원 광 검출기(32)를 구비하고 있다.
제1 다이크로익 필터(42)는 B광을 반사하고, 다른 색을 투과한다. 그리고, 제2 다이크로익 필터(44)는 G광을 반사하고, 다른 색을 투과한다. 광원부(10)가, 도 2에 나타내는 프로파일의 가우시안 필터를 구비하고 있는 경우, 다이크로익 필터(42)의 반사율 프로파일은 도 3a에 나타내는 바와 같으며, B광을 반사한다. 또, 다이크로익 필터(44)의 반사율 프로파일은 도 3b에 나타내는 바와 같고, G광을 반사하며, 다이크로익 필터(44)의 투과율 프로파일은 도 3c에 나타내는 바와 같이, R광을 투과한다.
B 간섭광 검출부(30B)는 제1 다이크로익 필터(42)에 의하여 반사되는 B 간섭광(L4B)을 수광하는 위치에 배치되고, G 간섭광 검출부(30G)는 제2 다이크로익 필터(44)에 의하여 반사되는 G 간섭광(L4G)을 수광하는 위치에 배치되며, R 간섭광 검출부(30R)는, 제2 다이크로익 필터(44)를 투과하는 R 간섭광(L4R)을 수광하는 위치에 배치되어 있다.
분광기(31)로서는 다양한 공지의 기술을 이용할 수 있고, 예를 들면 회절 격자 등에 의하여 구성할 수 있다. 광 검출기(32)는, 예를 들면 CCD 혹은 포토다이오드 등의 수광 소자가 2차원상으로 배열된 2차원 광센서로 구성할 수 있다.
각 색을 개별의 간섭광 검출부(30B, 30G, 30R)의 각 광 검출기(32)에 의하여 검출하므로 파장 분해능을 높일 수 있고, 결과적으로 표면으로부터 130μm를 초과하는 깊이에 이르는 범위의 OCT 화상을 취득할 수 있다.
또한, 1개의 간섭광 검출부에서 3색의 간섭광을 검출하는 구성이더라도, 2차원 광센서의 화소수가 3개인 광 검출기를 구비한 경우와 동등하면, 동일한 정도의 깊이의 OCT 화상을 취득할 수 있다.
또, 합파부(4)와 간섭광 검출부(30B, 30G, 30R)와의 사이에는, 제2 실린드리컬 렌즈(본 예에서는 초점 거리 f=150mm)(26) 및, 결상 렌즈(초점 거리 f=50mm)(35, 36 및 37)를 구비하고 있다.
제2 실린드리컬 렌즈(26)는, 측정광 조사 광학계(20) 중에 배치된 라인상 조사를 행하기 위한 제1 실린드리컬 렌즈(21)에 대하여 원통의 길이 방향의 축(원통축)이 서로 직교하도록 배치된다.
광 검출기(32)를 구성하는 XY축 2차원 광센서의 수광 소자는 도 1 중 광 검출기(32) 중에 모식적으로 나타내는 2차원 XY 방향으로 배열되어 있고, 분광기(31)는 간섭광(L4)을 분광하여 2차원 광센서 상에 있어서 X축 방향으로 배열되는 수광 소자에 의하여 파장마다의 광량이 검출되도록 배치된다. 2차원 광센서에 있어서, Y축 방향으로 배열되는 수광 소자에는 측정면에 있어서의 라인상의 측정광의 라인 방향(y 방향) 위치마다의 반사광에 기인하는 간섭광이 입사되게 된다. 제1 실린드리컬 렌즈(21)에 의하여 압축된 x 방향의 광을 푸리에 변환함으로써, 깊이 방향(z 방향)의 정보를 얻을 수 있다. 즉, 본 OCT 장치(1)에 있어서는, 2차원 광센서에 측정 대상의 면 방향(y 방향) 및 깊이 방향(z 방향)의 정보를 갖는 광이 동시에 입사하기 때문에, y 방향 및 z 방향의 2차원 광간섭 단층 화상을 1회의 노광(원숏)으로 취득할 수 있다.
화상 생성부(50)는, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터 및 그 컴퓨터에 화상 생성 처리를 실행시키기 위한, 컴퓨터에 도입된 프로그램에 의하여 구성할 수 있다. 도 4 및 도 5는, 화상 생성부(50)의 제1 구성예 및 제2 구성예의 블록도이다.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 화상 생성부(50)는, 간섭광 검출부(30B, 30G, 30R)로 검출된 각 색의 간섭광으로부터 각 색의 광간섭 단층 화상 데이터(OCT 화상 데이터)를 생성하는 오리지널 신호 처리부(51)와, 각 색의 OCT 화상 데이터로부터, 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장의 간섭광의 신호 강도의, 제1 깊이 영역에서의 신호 감쇠에 관한 감쇠 관련값을 산출하고, 제1 깊이 영역보다 깊은 제2 깊이 영역의 신호 강도를 감쇠 관련값에 따라 보정하여 간섭광의 보정 신호를 구하는 보정 처리부(52) 및, 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장에 대하여 각각 구해진 보정 신호를 이용하여 풀컬러의 광간섭 단층 화상을 생성하는 컬러 화상 생성부(58)를 구비하고 있다.
오리지널 신호 처리부(51)에서는, 간섭광 검출부(30B, 30G, 30R)에 있어서 검출된 간섭광(L4)을 주파수 해석함으로써, 구체적으로는 2차원 광센서의 X축 방향으로 배열된 수광 소자로부터 검출된 파장마다의 강도 스펙트럼에 있어서 파장을 파수로 변환하고, 푸리에 변환(FT)함으로써, 측정 대상(S)의 깊이 위치 z에 있어서의 반사 정보를 취득하여, 각 색의 OCT 화상 데이터를 생성한다(도 8a참조).
보정 처리부(52)는, 각 색의 OCT 화상 데이터로부터, 측정 대상의 깊이 방향에 있어서의 제1 깊이 영역의 신호 감쇠에 관한 감쇠 관련값을 구한다. 여기에서, 감쇠 관련값이란, 측정 대상 내부에 있어서의 측정광 및 반사광(산란광)의 감쇠에 관련되고, 제2 깊이 영역으로부터의 검출 신호의 보정의 신호 강도 보정에 적용 가능한 팩터이면 특별히 한정은 되지 않는다. 구체적으로는, 예를 들면 제1 깊이 영역에 있어서의 감쇠 함수, 제1 깊이 영역에 있어서의 색소 농도 등이다.
또한, 여기에서는, 측정 대상을, 그 표면으로부터의 깊이 방향에 있어서 제1 깊이 영역과 그보다 깊은 제2 깊이 영역으로 구성하는 것으로 간주하고, 제1 깊이 영역으로부터 취득한 감쇠 관련값을 이용하여 제2 깊이 영역의 신호를 보정하는 것으로서 설명하지만, 측정 대상의 깊이 방향을 세분화하여 표면 측으로부터 제n 영역까지의 n층 구성으로 이루어지는 것으로 간주하며, i번째 영역의 신호를 (i-1)번째 영역으로부터 얻어진 감쇠 관련값을 이용하여 보정하도록 해도 된다. 이 i번째 영역의 신호는 표면으로부터 (i-1)번째까지의 영역에 있어서의 광의 감쇠의 영향을 받고 있으므로, 신호의 보정 연산의 경우에는, 표면으로부터 (i-1)번째까지의 보정분을 포함하여 산출하면 된다.
구체적인 측정 대상에 있어서의 제1 및 제2 깊이 영역에 대하여 도 6a, 6b 및 7을 참조하여 설명한다.
먼저, 측정 대상이 피부인 경우에 대하여, 도 6a 및 도 6b에 피부의 단층 모식도를 나타내 설명한다.
도 6a에 나타내는 바와 같이, 피부는 측정광(L1)이 조사되는 피부 표면(80)으로부터 각질(82), 표피(84) 및 진피(86)의 구성을 갖지만, 예를 들면 피부 표면(80)으로부터 표피(84)를 제1 깊이 영역(d1), 진피(86)를 제2 깊이 영역(d2)으로 간주한다. 여기에서는, 각질(82)은 다른 층에 비하여 얇고, 투명하며, 광의 감쇠가 적기 때문에 표피와 일체로서 취급하고 있다. 그리고, 제1 깊이 영역(d1)에 있어서의 감쇠 관련값을 이용하여 제2 깊이 영역(d2)의 신호를 보정한다. 제1 깊이 영역(d1), 제2 깊이 영역(d2)의 범위 및/또는 양자의 경계는, OCT 화상, 혹은 측정광의 깊이 방향의 1차원 프로파일로부터 적절히 정하면 된다. 또한, 평균적인 피부 표면으로부터 진피(86)까지의 두께 등으로부터 영역을 정해도 상관없다.
또, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 피부 표면(80)으로부터 깊이 방향으로 3 이상의 복수의 영역으로 세분화해도 되고, 이 경우, 표피와 진피의 경계 등에는 관계없이 깊이 방향에 있어서 각 깊이 영역을 정해도 상관없다. 제1 깊이 영역(d1)으로부터 얻어진 감쇠 관련값을 이용하여 제2 깊이 영역(d2)의 신호를 보정하고, 앞서 설명한 바와 같이, i번째 영역의 신호를 (i-1)번째 영역으로부터 얻어진 감쇠 관련값을 이용하여 보정하면 된다. 각 깊이 영역은, 깊이 방향으로 일정한 간격으로 정해도 되고, 깊을수록 간격이 넓어지게 정하거나 해도 된다.
측정 대상이 도막인 경우에 대하여, 도 7에 도막의 단층 모식도를 나타내 설명한다.
도 7은, 기체(예를 들면 자동차의 차체)(90)의 표면에, 하지층(92), 착색층(94) 및 클리어 코팅층(96)으로 이루어지는 도막(98)이 기체(90) 측으로부터 마련된 구성을 나타내고 있다. 두께는, 예를 들면 각 층 100μm 정도이다. 클리어 코팅층(96)이 투명하고 광의 감쇠가 거의 없는 경우에는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 도막(98)의 측정광(L1)이 조사되는 표면 측으로부터 클리어 코팅층(96)은 무시하고, 착색층(94)을 제1 깊이 영역(d1), 하지층(92)을 제2 깊이 영역(d2)으로 해도 된다. 도 7에 나타내는 바와 같은 복수 층으로 이루어지는 도막의 경우에는, 취득되는 OCT 화상으로부터 그 층 경계는 인식 가능하며, 각 영역은 관찰자가 지정해도 되고, 화상에 있어서의 경계를 화상 처리에 의하여 구하여 자동적으로 정하도록 해도 된다.
또한, 측정 대상이, 도 6a 및 도 6b에 나타내는 표피와 진피로 이루어지는 피부, 도 7에 나타내는 복수 층으로 이루어지는 도막과 같이 경계를 명확하게 판단할 수 있는 것이 아니라, 측정 깊이 방향에 있어서, 층 경계를 관찰할 수 없는 것이어도, 관측자에게 있어 관심이 있는 깊이 영역(제2 깊이 영역)이 그것보다 얕은 깊이 영역(제1 깊이 영역)에 있어서의 광의 감쇠 등의 영향을 받고 있는 경우에는, 측정 대상이 제1 깊이 영역과 제2 깊이 영역으로 구성되어 있는 것으로 간주하면 된다.
광간섭 단층 화상을 취득할 때에는, 측정 대상의 표면에 측정광을 조사한다. 그 측정광이 측정 대상 내부에 침입할 때에 깊이 방향으로 나아감에 따라, 즉 심도가 깊어짐에 따라, 내부에 존재하는 색소에 의한 흡수, 내부 구조에 있어서의 산란에 의하여 광량은 감쇠한다. 즉, 깊은 영역일수록 광의 도달량은 감소한다. 그리고, 깊은 영역으로부터의 복귀광에 대해서도 측정 대상의 표면까지의 광로에 있어서 다시 색소에 의한 흡수, 내부 구조에 있어서의 산란이 발생하기 때문에, 검출되는 광강도에는 추가적인 감쇠가 발생한다. 예를 들면, 특정 색소의 흡수에 의하여, 특정 색만이 흡수되면, 오리지널 데이터에 있어서의 특정 색에 대한 정보가 빠지게 된다. 즉, 오리지널 데이터에 의하여 재현한 풀컬러 OCT 화상은, 측정 대상의 심부의 색조는, 그 위의 층(영역)에 있어서의 광의 감쇠의 영향을 받은 것이 된다. 본 OCT 장치(1)의 화상 생성부(50)는 보정 처리부(52)를 구비하고, 보정 처리부(52)에 있어서 감쇠 관련값 및 보정 신호를 산출하며, 보정 신호를 이용하여 풀컬러 화상을 생성하도록 구성되어 있으므로, 측정 대상의 내부에 있어서의 실제 색을 재현할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 화상 생성부(50)의 오리지널 신호 처리부(51)에 있어서, 파수를 푸리에 변환함으로써 깊이 z가 얻어지지만, 임의의 깊이 위치 z에 있어서의 반사 정보에는, 측정 대상의 광학적 특징이 포함되어 있다. 예를 들면, 광학적 특징으로서는, 측정 대상의 표면에서의 반사광 강도, 임의의 깊이에 있어서의 산란광을 포함하는 반사광 강도, 깊이 방향의 1차원 프로파일 및 후술하는 감쇠 상수 등을 들 수 있다. 화상 생성부(50)는, OCT 화상의 생성과 함께, 이와 같은 임의의 광학적 특징을 구하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
화상 표시 장치(60)는, 상기와 같이 하여 화상 생성부(50)에 있어서 생성된 풀컬러 OCT 화상이나 측정 대상의 광학적 특징을 표시한다. 화상 표시 장치(60)는 액정 디스플레이 등으로 구성할 수 있고, 화상 표시 장치(60)에 측정 대상의 OCT 화상 및 광학적 특징을 표시시킴으로써, 관찰자는 화상화 혹은 수치화된 측정 대상을 보고, 측정 대상을 평가할 수 있다. 화상 표시 장치(60)에 대한 OCT 화상의 표시와 광학적 특징의 표시는, 동시여도 되고, 순차적이어도 된다.
화상 생성부(50)에 있어서의 보정 처리부(52)의 구체적인 구성예를 설명한다. 도 4는 제1 구성예를 나타내는 것이다. 도 4의 화상 생성부(50)의 보정 처리부(52)는, RGB 각 색 간섭광의 신호 강도의, 제1 깊이 영역에 있어서의 감쇠 상수를 감쇠 관련값으로서 산출하는 감쇠 상수 산출부(53)와, 감쇠 상수 산출부(53)로 얻어진 감쇠 상수를 이용하여, 제2 깊이 영역에 있어서의 신호 강도를 보정하고 보정 신호를 구하는 신호 보정 연산부(54)를 구비하고 있다.
도 5는 보정 처리부(52)의 제2 구성예를 나타내는 것이다. 도 5의 화상 생성부(50)는, 측정 대상(S)의 표면(OCT 화상 취득하는 개소와 동일 개소)에 있어서 측정된 분광 반사율로부터 제1 깊이 영역에 포함되는 색소의 농도를 구하는 색소 농도 산출부(55)와, 색소 농도 산출부(55)에 있어서 얻어진 색소의 농도에 근거하여, 색소에 의한 광의 감쇠량을 감쇠 관련값으로서 구하고, 제2 깊이 영역에 있어서의 신호 강도를 보정하여 보정 신호를 구하는 신호 보정 연산부(56)을 구비하고 있다. 이 제2 구성예의 보정 처리부(52)를 구비한 구성에 있어서는, OCT 장치가, 측정 대상의 표면에 있어서의 분광 반사율을 취득하는 분광 반사율 측정부(59)를 더 구비하고 있다. 또한, 분광 반사율 측정부(59)는 별도로 구비해도 되지만, 도 1에 나타내는 OCT 장치(1)에 있어서의 어느 하나의 간섭광 검출부(30B, 30G 또는 30R)의 분광기(31)가 분광 반사율 측정부(59)를 겸해도 된다.
어느 구성에 있어서도, 오리지널 신호 처리부(51)에 있어서 얻어진 각 색의 OCT 화상 데이터(오리지널 데이터)로부터, 감쇠 관련값을 구하고, 이 각 색의 오리지널 데이터에 대하여 보정 처리를 행하여, 보정 완료 화상 데이터를 작성한 후에, 각 색의 보정 완료 화상 데이터를 이용하여, 컬러 화상 생성부(58)에 있어서 풀컬러 OCT 화상을 생성할 수 있다. 혹은, 오리지널 신호 처리부(51)에 있어서 얻어진 오리지널 데이터를 이용하여, 컬러 화상 생성부(58)에 있어서 풀컬러 OCT 화상을 생성한 후에, 이 풀컬러 OCT 화상에 대하여, 보정 처리부(52)에 있어서 얻어진 신호 보정 데이터에 의한 보정 처리를 실시해도 된다. 즉, 신호 보정 연산부(54 혹은 56)에 있어서 구해지는 보정 신호란, 상기와 같은 각 색의 보정 완료 화상 데이터여도 되고, 풀컬러 OCT 화상에 대하여 적용되는 신호 보정 데이터여도 된다.
R, G, B의 OCT 화상 데이터로부터 풀컬러 화상을 생성하는 절차는 이하와 같다.
여기에서는, 오리지널 신호 처리부(51)에 있어서 얻어진, 도 8a에 나타내는 바와 같은 각 색의 광간섭 단층 화상 데이터를 이용하여 컬러화하는 경우에 대하여 설명하지만, 각 색의 보정 완료 화상 데이터를 이용한 풀컬러 화상을 생성하는 경우도 동일한 절차로 실시 가능하다.
각 색의 OCT 데이터의 대응하는 위치로부터 산란광 스펙트럼 I(λ)를 구한다. 도 8a의 각 화상에 있어서 대응하는 각 위치(a, b)의 산란광 스펙트럼 I(λ)를 구한다(도 8b).
각 위치의 산란광 스펙트럼 I(λ)에 등색 함수 x(λ), y(λ), z(λ)를 곱하여 적분한다(도 8c, 하기 수학식 1). 이로써, CIE(국제 조명 위원회)-XYZ 표색계에 있어서의 자극값 X, Y, Z가 얻어진다.
[수학식 1]
Figure pct00001
하기 수학식 2로 나타내는 연산에 의하여, 상기 자극값 X, Y, Z를, RGB 표색계로 변환하고, 256 계조화하여 풀컬러 단층 화상 데이터를 산출한다.
[수학식 2]
Figure pct00002
또한, 측정 대상으로부터의 산란 강도(간섭광 강도)가 약할 때에는, 수 픽셀 분의 데이터를 머지하여 평균화 처리를 행하면 된다. 또, 수학식 2에 있어서, 3×3행렬의 내용은 D65 광원인 경우의 환산식이며, 여기는 광학계나 색재현하고자 하는 조건에 따라 결정되기 때문에, 임의성이 있다. 또한, 여기에서는, Rw, Gw, Bw의 값은 80000으로 하고 있지만, 이 값도 측정계나 백색의 표준 시료에 따라 변경할 수 있는 값이다.
본 발명자들은, 상기 수법에 의하여 시판 중인 컬러 체커의 풀컬러 OCT 화상을 취득하여, 컬러 체커의 흰색 및 황색을 정확하게 재현할 수 있는 것을 확인했다.
이하에, 모델 피부에 대한 풀컬러 OCT 화상의 촬상 결과에 대하여 설명한다.
도 9는, 모델 피부의 개략 구성을 나타내는 도이다. 바닥면 두께(t)가 약 170μm인 유리 용기(101)에 폴리스타이렌 입자(입경 200nm, 농도 0.8wt%) 및 황색 안료를 0wt% 또는 0.3wt% 포함하는 젤라틴(102)을 넣은 것을 모델 피부로 했다. 피부는 표피와 진피의 다층 구조로 되어 있는 점에서, 유리 용기(101)를 표피, 용기(101) 내의 젤라틴(102)을 진피로 판단했다. 도 10 및 도 11은, 도 9의 유리 용기(101)의 바닥면의 하방(A)으로부터 촬영한 외관도 A 및 풀컬러 OCT 화상 B이다(여기에서는 보정 처리는 실시하지 않았다).
도 10은 젤라틴에 황색 안료가 포함되지 않은(안료 0wt%) 흰 피부의 모델이고, 도 11은 젤라틴에 황색 안료가 0.3wt% 포함된 황색기가 강한 피부의 모델이다. 도 10 및 도 11의 어느 OCT 화상에 있어서도 표피를 모의한 유리의 표면에 있어서 신호(후방 산란광)가 관찰되고, 그 아래의 투명한 영역에서는 어두워지는 것을 확인했다. 더 깊은 영역으로부터는 진피를 모의한 젤라틴으로부터의 신호가 관측되었다.
그레이 스케일로 나타내는 도 10 및 도 11에 있어서 색조는 명확하지 않지만, 도 10 및 도 11에 상당하는 컬러 화상에 있어서는, 흰 피부의 모델에서는 진피 상당의 젤라틴 영역이 희게, 황색기가 강한 피부의 모델에서는 진피 상당의 젤라틴 영역이 노랗게 표시되어, 모델 피부의 진피 상당의 깊은 위치에 있는 색조의 차이를 컬러 화상으로 나타낼 수 있는 것을 확인했다.
한편, 본 발명자들은, 도 1에 나타내는 구성의 OCT 장치(1)에 있어서, 인간 피부에 대하여 원숏 촬영을 행하여, RGB 각 색의 OCT 화상을 취득했다. 화상 생성부(50)의 오리지널 신호 처리부(51)에 있어서의 주파수 해석에 의하여, 도 12에 나타내는 바와 같은 적색 OCT 화상, 녹색 OCT 화상, 청색 OCT 화상을 얻을 수 있는 것을 확인했다. 도 12에 있어서, 세로축 100μm 근방이 인간 피부의 표면이며, 그보다 깊은 영역이 피부 내부이다. 표면 위치로부터 깊이 0~30μm 부근의 신호는 각질이며, 깊이 30~100μm의 어두운 영역은 표피, 깊이 100μm 이상의 영역은 진피이다. 표피는 비교적 투명하고 산란광은 작으며, 진피는 콜라겐이 존재하기 때문에, 표피와 비교하여 산란광이 강하다. RGB 각 색에 있어서, 진피로부터의 신호를 관찰할 수 있고, 또한 동일한 개소의 측정을 실현할 수 있는 것이 명확하다. 또한, 깊이 400μm로 매우 깊은 범위까지의 관찰이 가능하게 되어 있다.
이와 같은 3색의 OCT 화상 데이터(오리지널 데이터)를 이용하여, CIE-XYZ 표색계에 있어서의 자극값 X, Y, Z를 구하고, RGB 변환함으로써 풀컬러 화상을 얻을 수 있지만, 앞서 설명한 바와 같이, 색상 등에 의한 광감쇠의 영향을 포함하는 오리지널 데이터를 이용해서는 실제 색을 표시할 수 없다. 따라서, 화상 생성부(50)에 있어서는, 각 색의 OCT 화상 데이터에 대하여 보정 처리를 행하여, 보정 데이터를 생성한다.
도 4에 나타낸 화상 생성부(50)에 있어서의 제1 구성의 보정 처리부(52)를 구비한 경우의, 구체적인 보정 데이터의 산출 방법을 설명한다.
도 13a는, 인간 피부의 녹색 OCT 화상이며, 도 13b는, 도 13a의 OCT 화상 데이터에서 추출한 깊이에 대한 OCT 신호 강도를 나타내고 있다. 도 13a에 나타내는 바와 같이, 세로축 100μm 근방의 하얗게 빛나는 영역이 각질이며, 세로축 120~190μm 근방이 표피이다. 이 화상에 대응하는 도 13b의 OCT 신호 프로파일의 표피 영역(제1 깊이 영역)에 대하여, exp(-αD)+C의 직선(도의 파선)에서 최소 제곱법으로 피팅을 행하여, 표피 영역의 감쇠 상수 α를 구한다. 상기 피팅 직선에 있어서 D는 깊이, C는 장치 상수(장치에 의존하여 정해지는 값)이다. Lambert-beer의 법칙에 준하여, 광의 강도 I는, 감쇠하지 않은 표면에서의 강도 I0에 대하여, 깊이 방향 D에 따라 I=I0×exp(-αD)로 감쇠한다. 따라서, 표피보다 깊은 영역(제2 깊이 영역)의 신호 강도를 I0/I=exp(αD)배로 하면, 표피의 영향을 받지 않았을 때의 정확한 OCT 시그널 강도를 구할 수 있다. 또한, OCT 신호에 있어서의 감쇠량은 엄밀하게는 왕복 광로 2×D에 의하여 감쇠하지만, 본 보정 계산에 있어서는 이 상수 2가 α의 안에 도입되어 있다고 취급하면 문제 없다. 또한, 광의 강도 I 대신에 전기장 E를 이용하여, √(exp(-αD))+C의 직선에 오른다고 가정하여 계산해도 동일하다.
상기 방법에 의하여, 감쇠 상수 산출부(53)에서는, 각 색의 화상 데이터에 있어서의 제1 깊이 영역의 감쇠 상수를 산출한다. 그리고, 신호 보정 연산부(54)에 있어서, 구한 감쇠 상수를 이용하여 제2 깊이 영역의 데이터를 보정한 보정 완료 데이터를 산출한다.
컬러 화상 생성부(58)에 있어서는, 이 보정 완료 데이터에 근거하여 풀컬러 화상 데이터를 생성한다.
도 14는, 보정 처리를 하지 않은 RGB 각 색의 오리지널 데이터로부터 생성된 풀컬러 OCT 화상(보정 전)과 상기 처리에 의하여 보정된 보정 완료 데이터로부터 생성된 풀컬러 OCT 화상(보정 후)을 나타내고 있다. 도 14에 나타내는 보정 전후의 OCT 화상의 비교로부터, 보정 후에 있어서는, 내부에 있어서의 광강도의 감쇠분이 보정되어, 광강도가 증가했기 때문에, 진피 영역에 있어서의 백색의 산란광의 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 13a는, 보정 방법을 설명하기 위하여 나타낸 예이고, 도 14는, 동일한 보정 방법을 이용하여 보정한 풀컬러 OCT 화상의 예이며, 양자의 측정 대상은 일치하지 않는다.
도 5에 나타낸 화상 생성부(50)에 있어서의 제2 구성의 보정 처리부(52)를 구비한 경우의 구체적인 보정 데이터의 산출 방법을 설명한다.
먼저, 분광 반사율 측정부(59)에 의하여, 측정 대상의 OCT 화상 측정 위치와 동일 개소의 표면에 있어서의 분광 반사율을 측정한다. 그리고, 그 분광 반사율로부터 표피(제1 깊이 영역)에 있어서의 멜라닌 농도의 추정을 행한다. 구체적으로는, 인간 피부를, 표피(여기에서는 각질을 표피에 포함함)와 진피로 이루어지고, 그 진피를 2층 구조로 하는 합계 3층 구조로 이루어지는 것으로 상정하여, 이 3층 구조에 대하여 몬테카를로 계산을 실시하여, 공지 문헌에 기재되어 있는 피부의 산란 계수, 및 멜라닌, 헤모글로빈의 흡수 스펙트럼을 바탕으로 하여, 멜라닌, 및 헤모글로빈 농도를 산출한다. 또한, 표피에는 멜라닌이 포함되고, 2층 구조의 진피 중, 상층에는 색소가 포함되지 않으며, 보다 깊은 영역인 하층에는 헤모글로빈이 포함되어 있는 것으로 가정한다. 여기에서는, 진피를 구성하는 2층 중 상층을 제2 깊이 영역으로 한다. 또한, 진피의 하층은 OCT 화상에서는 취득할 수 없는 깊은 영역이다. 본 계산에서는, 표피의 두께를 100μm로 하고, 진피 중 상층, 특별히 유두층 부근에 상당하는 두께 200μm의 영역을 색소가 존재하지 않는 영역으로, 또한 진피 중 하층의 두께를 2.8mm로 가정하여 계산을 행했다. 또한, 표피, 진피의 산란 계수는 동일하게 했다. 또, 혈액 중의 헤모글로빈에 대해서는, 산화 헤모글로빈과 환원 헤모글로빈의 농도비가 1:1이라고 가정했다. 이상의 조건하에서, 멜라닌 농도와 헤모글로빈의 농도를 변경해 가며 몬테카를로법으로 가시역의 분광 반사율의 계산을 행하여, 실측과 가장 가까워졌을 때의 멜라닌 농도와 헤모글로빈 농도를 구했다.
도 15는, 니혼 분코제 반사율 측정기 V-7200을 이용하여 측정한 인간 피부의 분광 반사율, 및 그 실측값에 대하여 상기의 수법에 의하여 구한 가장 가까운 분광 반사율(멜라닌 농도 1.9%) 및 표피(제1 깊이 영역)에 있어서의 멜라닌 농도 이외의 팩터는 공통으로 하고, 멜라닌 농도를 0%로 한 경우의 분광 반사율을 나타내고 있다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 멜라닌 농도 1.9%로 하여 시뮬레이션에 의하여 얻어진 분광 반사율은 실측 분광 반사율의 거동과 높은 정밀도로 일치하고, 표피에 있어서의 멜라닌 농도는 1.9%인 것이 구해진다. 이와 같이 표피 중의 멜라닌 농도로부터 구할 수 있는 표피의 멜라닌에 의한 광의 감쇠분을 진피(제2 깊이 영역)로부터의 신호 강도에 대하여 보정한다. 이로써, 표피의 색의 영향을 받지 않는 진피의 컬러 단층상이 얻어진다.
색소 농도 산출부(55)에서는, 상기와 같이 측정 대상의 표면으로부터 얻어진 분광 반사율과, 측정 대상에 대하여 이미 알려진 구조 및 함유 색소 등으로부터 몬테카를로 계산을 실시하여, 제1 깊이 영역의 색소 농도를 산출한다. 그리고, 신호 보정 연산부(56)에 있어서, 색소 농도로부터 얻어진 감쇠량을 이용하여 제2 깊이 영역의 데이터를 보정한 보정 완료 데이터를 산출한다.
컬러 화상 생성부(58)에 있어서는, 이 보정 완료 데이터에 근거하여 풀컬러 화상 데이터를 생성한다.
도 16은, 보정 처리를 하지 않은 RGB 각 색의 오리지널 데이터로부터 생성된 풀컬러 OCT 화상(보정 전)과 상기 처리에 의하여 보정된 보정 완료 데이터로부터 생성된 풀컬러 OCT 화상(보정 후)을 나타내고 있다. 도 16에 나타내는 보정 전후의 OCT 화상의 비교로부터, 보정 후에 있어서는, 내부에 있어서의 광강도의 감쇠분이 보정되어, 광강도가 증가했기 때문에, 진피 영역에 있어서의 백색의 산란광의 비율이 증가하고, 보정에 의하여 진피가 밝아진 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 상층의 영역(제1 깊이 영역)에서 그 하층(제2 깊이 영역)의 데이터를 보정하는 처리를 행함으로써, 측정 대상의 실제 색, 적어도 보정하지 않은 상태와 비교하여 보다 실제 색에 가까운 색의 OCT 화상을 재현할 수 있다.
상기에 있어서는, 측정 대상이 인간 피부인 경우에 대하여 설명했지만, 측정 대상이 도막(기체 상에 형성된 도막)인 경우여도, 동일하게 하여 깊이 방향의 실제 색을 비침습으로 측정하는 수단으로서 이용할 수 있는 것은 명확하다.
상기에 있어서는, 광대역인 백색 광원을 사용하고, 간섭광의 스펙트럼으로부터 깊이 분포를 취득하는 SD(스펙트럴 도메인)형의 OCT 장치에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 기계적으로 광로 길이를 변화시키기 위한 기구를 구비한 TD(타임 도메인)형의 OCT 장치여도 상관없다. 측정 대상이 정적(靜的)인 것인 경우에는 TD여도, SD형이어도 특별히 문제 없으며, 측정 대상이 인간의 피부, 동물의 피부 등의 움직임이 발생하기 쉬운 것인 경우에는, 원숏으로 촬영 가능한 상기 구성의 SD형을 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 광간섭 단층 화상 촬상 장치를 이용한 본 발명의 계측 방법의 실시형태에 대하여 설명한다.
여기에서는, 측정 대상이 인간 피부인 경우에 대하여 설명하지만, 측정 대상이 도막 등인 경우에도 동일하다. 피험자의 피부(인간 피부)에 대하여, 측정광을 조사하고, 측정광과 참조광과의 간섭광을 분광 검출하며, 간섭광을 주파수 해석하여 2차원 화상 데이터를 생성하고, 또한 깊이 방향에 있어서의 광감쇠분을 보정하는 보정 처리를 행하며, RGB 3색의 보정 화상 데이터로부터 풀컬러의 OCT 화상을 생성하고, 또, 분광 검출한 간섭광으로부터 인간 피부의 표면 혹은 내부의 광학적 특징을 구한다. 그리고, 풀컬러 OCT 화상 및 광학적 특징을 화상 표시 장치에 표시시킨다. 화상과 광학적 특징을 화상 표시 장치에 동시에 표시시켜도 되고, 순차 표시시켜도 된다.
광학적 특징으로서는, 특정 색(예를 들면, 적색)의 화상 데이터로부터 취득되는 인간의 피부의 표면 혹은 내부의 임의 개소에 있어서의 반사광 강도, 반사광 강도의 깊이 방향의 1차원 프로파일 및 감쇠 상수 등을 들 수 있으며, 각각의 수치 혹은 그래프 등이 표시된다.
이와 같이 본 발명의 계측 방법에 의하여 풀컬러 OCT 화상 및 광학적 특징이 표시되면, 이 표시 내용으로부터 측정자 혹은 진단자 등이 피부 상태에 대하여 용이하게 평가할 수 있다. OCT 화상에 있어서의 휘도, 깊이 방향 프로파일 등에 대하여 다수의 피험자로부터의 샘플을 취득하고, 정상, 이상으로 간주할 수 있는 수치 범위를 사전에 데이터로서 분석부에 구비해 두어, 그들의 수치와 측정값과의 비교에 의하여 정상, 이상 등의 평가를 함께 표시하도록 해도 된다.
또한, 평가하고자 하는 화장품이나 의약품에 대하여, 인간의 피부에 도포 전 및 도포 후에 각각 OCT 화상을 취득하고, 광학적 특징을 구하여, 도포 전후의 OCT 화상 및 광학적 특징을 화상 표시 장치에 동시에 혹은 순차 표시시킴으로써, 화장품이나 의약품 도포 전후의 피부 표면 및 피부 내부의 변화를 시각적으로 확인할 수 있으며, 도포한 제품의 효과 등을 평가할 수 있다. 또한, 화상 표시 장치에 대한 표시는, 비교하고자 하는 화상 혹은 수치 등을 동시에 표시하는 편이, 보다 비교하기 쉽기 때문에 바람직하다. 도포 전후의 OCT 화상의 차분이나, 광학적 특징의 차분을 구하여, 도포 전후의 변화로서 이들 차분을 화상 표시 장치에 표시하도록 해도 된다.
본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치를 이용하면, 흰 피부나 검은 피부(여기에서는, 황색 인종에 있어서의 하얀 혹은 검은 피부를 상정), 투명감이 있는 피부, 탁한 피부 등, 각각의 피부에 대하여 내부의 실제 색을 명확히 할 수 있어, 피부 내부의 색소의 존재 분포나 색의 발현 기구에 대하여 새로운 가치관을 제시하는 것을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치를 이용한 계측 방법을 이용하면, 화장품·의약부외품·의약품 등의 유효 성분이 피부에 미치는 영향을 용이하게 평가할 수 있다. 구체적으로는, 피부 거칠어짐 개선제, 보습제, 미백제, 주름 개선제, 여드름 개선제, 각질 비후(肥厚) 개선제, 턴 오버 개선제, 모공 수렴제, 육모(育毛)제, 항산화제 등의 효과를 평가하는 것에도 유용하지만, 특별히 한정되지 않는다.
또한, 본 발명의 광간섭 단층 화상 촬상 장치는 높은 시간 분해능으로 실시간으로 풀컬러의 OCT 화상을 얻을 수 있는 장치로서, 화장품에 상관없이, 상처, 병을 포함하는 피부의 진단 및 해석, 필름의 제조 감시, 혹은 각종 기체 표면에 마련되어 있는 도막 등의 단층 방향의 컬러의 화상 해석에도 이용할 수 있으며, 측정 대상은 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기에 있어서는 2차원의 OCT 화상에 대하여 설명했지만, OCT 장치에 있어서, 라인상의 측정광 조사의 라인에 수직인 방향으로 주사하는 주사부를 마련하여, 3차원의 OCT 화상을 구축하는 것도 가능하다.
1 광간섭 단층 화상 촬상 장치(OCT 장치)
3 광 분할부(석영판)
4 합파부
5 석영판
6 반사 부재(미러)
10 광원부
11 광원
12 스펙트럼 성형부
20 측정광 조사 광학계
21, 25, 26 실린드리컬 렌즈
27 감광 필터
28 광로 조정 기구
30B, 30G, 30R 간섭광 검출부
31 분광기
32 2차원 광 검출기
35, 36, 37 결상 렌즈
50 화상 생성부
51 오리지널 신호 처리부
52 보정 처리부
53 감쇠 상수 산출부
54, 56 신호 보정 연산부
55 색소 농도 산출부
58 컬러 화상 생성부
59 분광 반사율 측정부
60 화상 표시 장치
80 피부 표면
82 각질
84 표피
86 진피
90 기체
92 하지층
94 착색층
96 클리어 코팅층
98 도막
101 유리 용기
102 젤라틴

Claims (12)

  1. 적색 파장의 저코히런트광, 녹색 파장의 저코히런트광 및 청색 파장의 저코히런트광을 동시에 사출하는 광원부와,
    상기 광원부로부터 사출된 저코히런트광을 측정광과 참조광으로 분할하는 광 분할부와,
    상기 측정광을 측정 대상에 조사하는 측정광 조사 광학계와,
    상기 측정광이 상기 측정 대상에 조사되었을 때의 상기 측정 대상으로부터의 반사광과 상기 참조광을 중첩시키는 합파부와,
    상기 합파부에 의하여 합파된 상기 반사광과 상기 참조광과의 간섭광을 검출하는 간섭광 검출부와,
    상기 간섭광 검출부에 의하여 검출된 상기 간섭광으로부터 상기 측정 대상의 광간섭 단층 화상을 생성하는 화상 생성부를 갖고,
    상기 화상 생성부가, 상기 적색 파장, 상기 녹색 파장 및 상기 청색 파장의 상기 간섭광의 신호 강도의, 제1 깊이 영역에서의 신호 감쇠에 관한 감쇠 관련값을 산출하며, 상기 제1 깊이 영역보다 깊은 제2 깊이 영역의 상기 신호 강도를 상기 감쇠 관련값에 따라 보정하여 상기 간섭광의 보정 신호를 구하고, 상기 적색 파장, 상기 녹색 파장 및 상기 청색 파장에 대하여 각각 구해진 보정 신호를 이용하여 풀컬러의 광간섭 단층 화상을 생성하는, 광간섭 단층 화상 촬상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화상 생성부가, 상기 적색 파장, 상기 녹색 파장 및 상기 청색 파장의 상기 간섭광의 상기 신호 강도의, 상기 제1 깊이 영역에 있어서의 감쇠 상수를 상기 감쇠 관련값으로서 산출하는 감쇠 상수 산출부와, 상기 감쇠 상수 산출부에서 얻어진 상기 감쇠 상수를 이용하여, 상기 제2 깊이 영역에 있어서의 상기 신호 강도를 보정하여 상기 보정 신호를 구하는 신호 보정 연산부를 구비하고 있는, 광간섭 단층 화상 촬상 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정 대상의 표면에 있어서의 분광 반사율을 측정하는 분광 반사율 측정부를 더 구비하고,
    상기 화상 생성부가, 상기 분광 반사율로부터 상기 제1 깊이 영역에 포함되는 색소의 농도를 구하는 색소 농도 산출부와, 상기 색소 농도 산출부에 있어서 얻어진 상기 색소의 농도에 근거하여, 상기 색소에 의한 광의 감쇠량을 상기 감쇠 관련값으로서 구하며, 상기 제2 깊이 영역에 있어서의 상기 신호 강도를 보정하여 상기 보정 신호를 구하는 신호 보정 연산부를 구비하고 있는, 광간섭 단층 화상 촬상 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 색소 농도 산출부가, 상기 색소로서 멜라닌의 농도를 구하는, 광간섭 단층 화상 촬상 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적색 파장이 612nm이고, 상기 녹색 파장이 537nm이며, 상기 청색 파장이 448nm인, 광간섭 단층 화상 촬상 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간섭광 검출부가, 상기 적색 파장의 간섭광을 검출하는 광 검출기와, 상기 녹색 파장의 간섭광을 검출하는 광 검출기와, 상기 청색 파장의 간섭광을 검출하는 광 검출기를 각각 별개로 구비하고 있는, 광간섭 단층 화상 촬상 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정광 조사 광학계로서 상기 측정 대상에 상기 측정광을 라인상으로 조사하는 제1 실린드리컬 렌즈를 구비하고,
    상기 합파부와 상기 간섭광 검출부와의 사이에, 상기 제1 실린드리컬 렌즈와 서로의 원통축이 직교 배치된 제2 실린드리컬 렌즈를 구비하며,
    상기 간섭광 검출부가, 상기 간섭광을 분광 검출하는 것이고,
    상기 화상 생성부가, 상기 간섭광 검출부에 의하여 분광 검출된 상기 간섭광에 근거하는 신호를, 푸리에 변환에 의하여 깊이 정보로 변환시키는, 광간섭 단층 화상 촬상 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 광간섭 단층 화상 촬상 장치를 이용하고,
    측정 대상에 대하여, 상기 측정광을 조사하며,
    상기 간섭광을 검출하고,
    상기 측정 대상의 광간섭 단층 화상을 생성하며,
    상기 광간섭 단층 화상을 화상 표시 장치에 표시하여, 상기 간섭광으로부터 상기 측정 대상의 표면 혹은 내부의 광학적 특징을 구하여 상기 화상 표시 장치에 표시하는, 계측 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 광학적 특징으로서, 상기 측정 대상의 표면 혹은 내부의 임의 개소에 있어서의 반사광 강도, 반사광 강도의 깊이 방향 프로파일, 혹은 감쇠 상수를 구하는, 계측 방법.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 측정 대상이 도막인 계측 방법.
  11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 측정 대상이 인간 피부인 계측 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 인간 피부에 대한 임의의 화장품 혹은 의약품의 도포 전, 및 도포 후 각각의 경우의 상기 인간 피부에 대한 상기 광간섭 단층 화상을 생성하여, 상기 광학적 특징을 구하고,
    상기 도포 전 및 상기 도포 후의 상기 광간섭 단층 화상 및 상기 광학적 특징을 각각 상기 화상 표시 장치에 표시하는, 계측 방법.
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