基于HSB色彩模型的右上頜中切牙各區(qū)域顏色變化規(guī)律的研究

楊 潔,湯春波,邵水易,芮 娜,薛昌敖

前牙的外觀很大程度上決定著人們的外在形象[1-3],而和諧的前牙顏色對于患者的形象提升和自信心的建立也具有重要的作用[4]。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,民眾對于生活質(zhì)量的追求與日俱增,對于前牙義齒修復的顏色要求也越來越高[5]。

因此,臨床醫(yī)師在對患者進行前牙區(qū)美學修復時,需要精確匹配牙齒的顏色,并精確復制牙齒的光學特性,才可能使修復體逼真、自然[6]。有研究報道,牙髓、牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)具有不同的光學性質(zhì),牙齒的顏色受到內(nèi)部形態(tài)和外部紋理的影響。其中,牙齒的基本顏色主要由牙本質(zhì)決定,而其顏色性質(zhì)如乳光性、亮度、半透明度等則由牙釉質(zhì)決定[6-7]。不同牙齒組織(牙髓、牙本質(zhì)和牙釉質(zhì))的厚度、鈣化程度等均有所不同,這些因素最終導致了牙齒的多色特征[8]。此外,患者的年齡、性別也會影響牙齒顏色[6,9]。因此,制作顏色協(xié)調(diào)的美學修復體極其困難[10]。目前,已有很多學者針對牙齒顏色展開了研究[6,8,11],卻鮮有研究對牙齒各部位顏色的變化進行探索,牙齒各部位的顏色變化規(guī)律也有待進一步探尋。

同一顆牙各區(qū)域的內(nèi)部形態(tài)和外部紋理有所不同,這就決定了牙齒各區(qū)域顏色的多變性和復雜性。而了解牙齒各區(qū)域顏色的多變性變化規(guī)律,不僅能加深研究者對牙齒顏色的了解,更能推動美學修復體的改進,使美學修復體更為逼真,顏色更富層次感。因此,本研究擬采用孟塞爾顏色系統(tǒng),基于HSB色彩模型,利用軟件測量牙齒各部分的色相、飽和度與亮度數(shù)值,探尋牙齒各部位顏色變化規(guī)律,深入牙齒色彩的研究,推動前牙美學修復技術(shù)的發(fā)展。

1 資料與方法

1.1 軟硬件設(shè)施準備

Canon EOS 80D相機、MACRO 100 mm鏡頭、Canon MACRO RING LITE MR-14EXII閃光燈(Canon,日本)。利用單反相機拍攝患者口內(nèi)軟硬組織高清照片。在工作站中安裝Adobe Photoshop CC(Adobe,美國)軟件用于牙體軟硬組織顏色參數(shù)的測量與分析。

1.2 病例資料

收集2022年8月至2023年4月于南京醫(yī)科大學附屬南京醫(yī)院口腔科就診的右上頜中切牙完整的患者。本研究經(jīng)南京醫(yī)科大學附屬南京醫(yī)院倫理委員會審核批準,編號:KY20230424-03-KS-01。共65例患者65顆右上頜中切牙被納入本研究,患者年齡12～39歲。

病例納入標準:①知情并自愿參加本研究;②目標牙已完全萌出;③目標牙健康完整且未進行任何治療。

排除標準:①目標牙有牙冠修復、充填物存在、磨損磨耗、牙齦腫脹或退縮、釉質(zhì)發(fā)育不全等;②在口內(nèi)照片拍攝過程中,患者出現(xiàn)惡心嘔吐等不良反應或拒絕拍攝;③拍攝的照片中,存在異物遮擋被研究牙齒等情況。

1.3 牙齒色彩測量

利用單反相機拍攝患者包含右上頜中切牙的正位口內(nèi)照片(曝光時間為1/125 s,ISO感光度為100,光圈數(shù)為f/20);將照片導入Photoshop軟件,將右上頜中切牙按頸部(cervical region)、中部(middle region)、切緣(incisal region)三等分如圖1所示。定義右上頜中切牙的總體色相(hue)、飽和度(saturation)、亮度(brightness)分別為H、S、B。

圖1 右上頜中切牙以頸部、中部、切緣三等分

利用Photoshop軟件避開反光區(qū)對右上頜中切牙的頸部、中部、切緣牙體顏色進行測量,每個區(qū)域隨機測量3處并取平均值,記錄其色相、飽和度、亮度數(shù)值。

分別計算該牙齒各參數(shù)平均值,如色相平均值=(頸部色相+中部色相+切緣色相)÷3。

為消除不同照片之間存在的色彩誤差以及目標牙存在的顏色個體差異,計算各區(qū)域色彩參數(shù)與該牙齒總體色彩參數(shù)的相對差異,如頸部色相相對差異=(頸部色相-色相平均值)/色相平均值。

1.4 統(tǒng)計學分析

本研究利用SPSS(v.22.0,Chicago,Illinois)軟件分別對色相、飽和度、亮度數(shù)據(jù)及相對差異進行單因素方差分析,設(shè)定P<0.05時,差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 總體色彩參數(shù)

通過測算獲得的右上頜中切牙總體色彩參數(shù)的描述性統(tǒng)計結(jié)果見表1?？梢娂{入研究的65顆右上頜中切牙色相平均值為27.71°,最小值為22.22°,最大值為36.67°。結(jié)合圖2可知,22°至37°色相為由紅向黃變化,即右上頜中切牙的色相分布于22°至37°這個由紅向黃變化的區(qū)域之中。飽和度平均值為22.56%,最小值為5.89%,最大值為31.56%。亮度平均值為83.16%,最小值為69.33%,最大值為99.56%。

表1 右上頜中切牙總體色彩參數(shù)的描述性統(tǒng)計結(jié)果

圖2 色相圖

2.2 各區(qū)域色彩參數(shù)

右上頜中切牙各區(qū)域色彩參數(shù)的結(jié)果見表2、圖3。①右上頜中切牙頸部、中部、切緣色相平均值分別為26.50°、30.08°、26.53°,相較于頸部和切緣,中部色相值最高,即右上頜中切牙中部色相偏黃,差異具有統(tǒng)計學意義;②牙頸部、中部、切緣飽和度平均值分別為26.67%、22.46%、18.54%,頸部值最高,切緣值最低,說明右上頜中切牙頸部的色彩飽和度最高而切緣飽和度最低,差異具有統(tǒng)計學意義;③牙頸部、中部、切緣亮度平均值分別為84.76%、84.44%、80.29%,切緣最低,差異具有統(tǒng)計學意義。

表2 右上頜中切牙各區(qū)域色彩參數(shù)

*:P<0.01

2.3 相對差異

表2顯示,頸部色相相對差異為-0.04,即右上頜中切牙的頸部色相與其總體色相的差異平均值為-0.04。這說明,在同一顆右上頜中切牙,其頸部色相對比總體色相存在負向偏移。結(jié)合圖2和上述結(jié)果可知,頸部色相負向偏移,意味著右上頜中切牙的頸部色相更偏紅。以此類推,中部色相相對差異均值為0.09,意即在同一顆右上頜中切牙,與總體色相相比,它的中部色相正向偏移,中部色相比總體更偏黃。切緣色相相對差異均值為-0.04,意即在同一顆右上頜中切牙,與總體色相相比,其切緣色相負向偏移,其切緣色相比總體更偏紅。

頸部、中部、切緣飽和度相對差異均值分別為0.19、-0.01、-0.18,意即與右上頜中切牙總體飽和度相比,其頸部飽和度增高,中部和切緣飽和度降低。

頸部、中部、切緣亮度相對差異均值分別為0.02、0.02、-0.04,意即與右上頜中切牙總體亮度相比,其頸部和中部亮度略偏高,切緣亮度略偏低。

單因素方差分析結(jié)果如圖4所示。結(jié)果顯示,對于同一顆右上頜中切牙,牙中部與頸部、中部與切緣的色相差異具有統(tǒng)計學意義;頸部、中部、切緣區(qū)域的飽和度差異也具有統(tǒng)計學意義;頸部與切緣、牙中部與切緣的亮度差異也具有統(tǒng)計學意義。

*:P<0.01

3 討 論

目前,傳統(tǒng)方法和數(shù)字化方法都可用于牙齒顏色測定。臨床最常用的方法是比色板比色法[12-14]。該方法利用比色板,在同一環(huán)境中、同一光線下對目標牙齒進行比較,以此來確定牙齒顏色。由于受光源和主觀因素的影響,傳統(tǒng)法對牙齒顏色評判常存在誤差[10]。有研究報道,使用各種顏色測量儀器(如分光光度計、色度計、數(shù)碼相機等)對牙齒顏色測量的結(jié)果誤差更小,更為可靠[15-18]。

本研究利用數(shù)碼相機拍攝右上頜中切牙,并利用軟件對右上頜中切牙色彩進行測算。對牙齒顏色精確判定需要應用可靠的顏色系統(tǒng)理論。HSB色彩模型是基于孟塞爾顏色系統(tǒng)發(fā)展而來的色彩模型[19],在HSB色彩模型中,顏色是通過色相、飽和度和亮度三個維度來描述[20]。色相定義一種顏色,用于區(qū)分一種顏色和另一種顏色。飽和度是指顏色的強度。而亮度指物體反射的亮度和光量[21]。臨床常用的VITA 3D-Master比色板以及瓷粉顏色劃分也都是基于這3個維度進行設(shè)計[22]。因此,采用基于孟塞爾顏色系統(tǒng)發(fā)展而來的HSB色彩模型更易結(jié)合臨床實際。

本研究基于HSB色彩模型,利用軟件測量牙齒各部分的色相、飽和度與亮度數(shù)值。不同照片之間可能存在色彩誤差,并且目標牙的顏色也存在個體變化差異,這些誤差與差異可能會對本研究結(jié)果造成影響。為消除此類影響,本研究利用右上頜中切牙各區(qū)域色彩參數(shù)與該牙齒總色彩參數(shù)的相對差異進行統(tǒng)計。結(jié)果顯示,在同一顆右上頜中切牙,頸部、中部、切緣的色相、飽和度、亮度較牙齒總體色彩參數(shù)均有所偏移。由此可以推測,右上頜中切牙各區(qū)域的色彩具有差異性。結(jié)合圖2及圖4結(jié)果可知中部色相最偏黃,頸部色相最偏紅,中部色相與頸部色相、中部色相與切緣色相差異具有統(tǒng)計學意義。在同一顆右上頜中切牙中,頸部的飽和度最高,中部次之,切緣飽和度最低。頸部與中部亮度無明顯差異,但切緣亮度最低,切緣亮度與頸部亮度、切緣亮度與中部亮度差異具有統(tǒng)計學意義。

有研究顯示,牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)均對牙齒色度(即色相和飽和度)有較大影響[6]。牙釉質(zhì)高度礦化,有機質(zhì)含量較少,而牙本質(zhì)礦化程度較低,且具有大量牙本質(zhì)小管等管狀結(jié)構(gòu)。因此,牙釉質(zhì)具有更高的透光率和更佳的半透明度[8],同一顆牙不同區(qū)域的牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)的厚度有所不同,牙釉質(zhì)由頸部至切緣越來越厚,而牙本質(zhì)則相反。因此,牙頸部由于較薄的牙釉質(zhì)以及較厚的牙本質(zhì)而顯得顏色較深[23-24]。本研究結(jié)果顯示,同一顆右上頜中切牙中,頸部的飽和度最高,中部次之,切緣飽和度最低。該結(jié)果與上述研究觀點一致。此外,有學者指出,牙釉質(zhì)具有一定的反光與透光效應[25]。因此可以推測,牙頸部和切緣色相偏紅,可能是由于牙頸部反射或透射牙齦或黏膜顏色所致。而切緣亮度最低可能與切緣牙釉質(zhì)的高透光率相關(guān)。

然而,本研究納入患者較少,僅是對牙齒各部位顏色變化規(guī)律的初步探索,仍需擴大病例樣本作進一步研究。且牙齒各區(qū)域的劃分較為粗略,仍需進一步細化。因此,筆者將進一步探索牙齒各部位顏色變化規(guī)律,深化美學區(qū)牙齒色彩研究,推動前牙美學修復技術(shù)的發(fā)展。

4 結(jié) 論

綜上所述,本研究基于HSB色彩模型,利用軟件測量牙齒各部分的色相、飽和度、亮度數(shù)值,通過統(tǒng)計學方法尋找牙齒各部位顏色變化規(guī)律。結(jié)果顯示右上頜中切牙各區(qū)域的色彩具有差異性。同一顆右上頜中切牙中,中部色相最偏黃,頸部和切緣色相偏紅;頸部的飽和度最高,中部次之,切緣飽和度最低。頸部與中部亮度無明顯差異,但切緣亮度與其他兩個區(qū)域亮度差異具有統(tǒng)計學意義,切緣亮度最低。