第１回デジタル医用画像の「色」シンポジウム

パネルディスカッション 第１部：パワーユーザーと色処理専門家の連携で拓く新世界

皮膚色の測定―積分球付き非接触分光測色計について

内田 彰子
筑波大学医学専門学群臨床医学系形成外科

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The 1st Symposium of the 'Color' of Digital Imaging in Medicine

Panel Discussion Part 1 :
Cooperation of Power Users in Medicine and Specialists of Color Technologies
for Pioneering a New Frontier

A New Instrument for Measuring the Human Skin Color
- Non contact type spectral light meter with a globe for light integration -

Akiko UCHIDA
Department of Plastic Surgery, Institute of Clinical Medicine, University of Tsukuba
Summary
Standard instruments used for measuring skin color have some problems: 1) they are affected by pores and wrinkles in the skin, 2) they are affected by various illuminant conditions, 3) the edge loss error caused by the semitransparency of skin. (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6)
We have developed a new measuring system for the color of skin based on a non contact type color spectrometer equipped with a globe for light integration (Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9), and succeeded to improve these problems remarkably (Fig. 10, Fig. 11, Fig. 12).

　はじめに
　皮膚色を測るには，物体色の計測に用いられる接触型測色計を用いることが多い（図１〜６）。これらは照明装置が内蔵されており再現性は高いものの，凹凸のある場合や有毛部，浸出のある部分や圧迫によって色が変わる血管腫などには適さない。一方，光源色などを測る非接触型測色計（図７，８） は，一定の照明条件を満たすことが困難で，精度も表面色の国際基準として認められていない。われわれは，非接触型でありながら，照明や精度の条件を接触型にできるだけ近づけるための検討を行ない，皮膚色を測るためのシステムを作製した。

図１　接触型測色計（CM-2022,ミノルタ）

Figure 1��A contact type spectrophotometer (CM-2022, Minolta)

図２　CM-2022の機構

Figure 2��The mechanism of CM-2022

図３　CM-2022で測色
測定したい部分に径４mmの開口部がぴたりと垂直にあたっているかの判断は困難。圧迫もできないし離してもだめ。測色中の手のふるえも問題。

Figure 3��Measurement using CM-2022 There is no way of confirming if the aperture of 4 mm diameter of CM-2022 is exactly aligned with a measuring skin area. Neither pressing the skin nor detaching the instrument should be an appropriate solution. Also tremors of limbs may affect measurement.

図４　接触型測色計（CMS-35FS, 村上色彩技術）

Figure 4��A contact type spectrophotometer (CMS-35FS, Murakami Shikisai-Gijutsu)

図５　CMS-35FSの機構

Figure 5��The mechanism of CMS-35FS

図６　CMS-35FSで測色
片手で測定プロ−ブを皮膚面に接した状態で保持できる。反復再現性はよいが，照明条件とエッジロスエラ−が問題となる。

Figure 6��Measurement using CMS-35FS The probe can be held in contact with the skin surface by only one hand. This instrument gives the good performance on data reproduction in repeated measurements, but the illuminant conditions and the edge loss errors may affect the measurement.

図７　放射輝度計（CS-1000,ミノルタ）

Figure 7��A spectral light meter (CS-1000, Minolta)

図８　CS-1000の機構

Figure 8��The mechanism of CS-1000

　１．方法と結果
　分光放射輝度計（CS-1000,ミノルタ）の開口部に，８インチの積分球を付け，150ワットのキセノン・ファイバー光源を入れた。積分球の先端は被検体−皮膚面に直径約５cmに開口し，中心部の被測定範囲（直径４mm）には透明板などの接触物がないようにした（図９）。これを用いて，さまざまな表面状態の皮膚を測り，再現性を評価した。また接触型測色計（CM-2022,ミノルタ・CMS-35FS, 村上色彩技術）の測定値との比較も行なった。

図９　筑波大学で実用化した非接触型・積分球分光測色システム
装置が大きくなるが，測定部を確認でき，測定部位の状態を選ばない。今回，積分球を付加したことにより，完全拡散光の照明条件が得られた。さらに照明面積／測定面積比が大きいためエッジロスエラーがなく，半透明の皮膚色を測定するのに適している。

Figure 9��A non contact type spectral light meter with a globe for light integration developed at Tsukuba University Although the physical size is fairly large, the targets of measurement can be checked visually, and limitations of measurement according to the surface condition of the targets is greatly reduced. An attached globe for light integration realizes the illuminant which has a perfect radiant distribution. Furthermore, a large ratio of the illuminated area to the measured area eliminates the edge loss error, and this merit is preferable for measuring the color of semitransparent objects such as human skin.

＜結　果＞（図10，11，12）接触型２種に比べ，非接触積分球型の反射率曲線はカ−ブが鋭敏であった。測色反復再現性は接触型CMS-35FS ＞ 非接触積分球型 ＞ 接触型CM-2022の順で高かった。
　日焼け数日後の発赤した皮膚を測色した場合，非接触積分球型のみで，とくに長波長領域の反射率が有意に高く測定された。

図10，11，12　各種皮膚測定における色彩計３種の反射率曲線の比較
図10（上）：CM-2022の反射率曲線
図11（中）：CMS-35FSの反射率曲線
図12（下）：非接触積分球型の反射率曲線
黒：A 前腕伸側，オレンジ：A 前腕屈側，青：B 母斑，ピンク：B 前腕屈側，緑：A 肩日焼け

Figure 10,11,12��Contrast of the reflectance curves acquired from human skin using three types of measuring instruments Figure 10 (upper) : Curves acquired by CM-2022 Figure 11 (middle) : Curves acquired by CMS-35FS Figure 12 (lower) : Curves acquired by the non contact type instrument with a globe black lines : A, a posterior part of a forearm orange lines : A, an anterior part of a forearm blue lines : B, a nevus pink lines : B, an anterior part of a forearm green lines : A, sunburnt skin of a shoulder

　２．考　察
　半透明の皮膚などをはかる場合，従来の接触型測色計では皮膚内部の反射光が一部欠けるため測定周縁部で測定値の明度や彩度が低下する傾向にある（エッジロスエラー）。
　非接触積分球型は，測定面積径４mmに対して十分な照明面積径50mmを持っているためエッジロスエラーがない。この為より自然な，目視に近い皮膚の色を再現していると考える。また　積分球により照明光が完全拡散光となり，その反射光を測定するため，測定距離が短い場合でも45度照明やリング照明より目視観察条件に近く，安定性が高い。
　CMS-35FS の場合，保持しやすいペン型ハンドピースのため測定面を一定に保ちやすい。測定時間も３秒と短い。
　他の２機種は，測定機側や被験者側の微動により測定面の傾きや，測定部のズレが生じやすいといえる。
　「日焼けした数日後」の皮膚色には，真皮毛細血管拡張のみでなく，表皮内のsun burn cell 出現やメラニン顆粒の分泌増加，表皮細胞分裂活性化，角質の剥離など，より表層の光 学的因子が皮膚測色に影響すると考えられる。
　非接触型測色計による日焼け皮膚測色値が，他の測色計と著しく異なるのは，前述の皮膚表層のスペクトル光をも受光できる構造によると推察される。次回，深さ方向分解実験予定。

　まとめ
　この測定システムにより，従来の接触型測色計では問題があったシワや毛穴など皮膚表面の状態による測定値のバラツキが改善された。非接触型測色計は測定環境に影響をされやすい欠点があったが，これは積分球を用いた拡散照明条件が得られ，また光源強度も可変，と大きく改良された。また測定部圧迫による皮膚毛細血管の退色などの問題や半透明の物体色を測る際問題になるエッジロスエラ−がない，という優れた点を有する。
　今後さらに，積分球の大きさ・受光角度・照射光強度の検討，反復再現性改善など，JISにマッチした光学条件をめざし根拠のあるデ−タを得るべく検討をすすめる。