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(guān)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(duì)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(jì)的不斷發(fā)展,民眾對(duì)于生活質(zhì)量的追求與日俱增,對(duì)于前牙義齒修復(fù)的顏色要求也越來(lái)越高[5]。

因此,臨床醫(yī)師在對(duì)患者進(jìn)行前牙區(qū)美學(xué)修復(fù)時(shí),需要精確匹配牙齒的顏色,并精確復(fù)制牙齒的光學(xué)特性,才可能使修復(fù)體逼真、自然[6]。有研究報(bào)道,牙髓、牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)具有不同的光學(xué)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(dǎo)致了牙齒的多色特征[8]。此外,患者的年齡、性別也會(huì)影響牙齒顏色[6,9]。因此,制作顏色協(xié)調(diào)的美學(xué)修復(fù)體極其困難[10]。目前,已有很多學(xué)者針對(duì)牙齒顏色展開(kāi)了研究[6,8,11],卻鮮有研究對(duì)牙齒各部位顏色的變化進(jìn)行探索,牙齒各部位的顏色變化規(guī)律也有待進(jìn)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(fù)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(duì)牙齒顏色的了解,更能推動(dòng)美學(xué)修復(fù)體的改進(jìn),使美學(xué)修復(fù)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(cè)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(dòng)前牙美學(xué)修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。

1 資料與方法

1.1 軟硬件設(shè)施準(zhǔn)備

Canon EOS 80D相機(jī)、MACRO 100 mm鏡頭、Canon MACRO RING LITE MR-14EXII閃光燈(Canon,日本)。利用單反相機(jī)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(guó))軟件用于牙體軟硬組織顏色參數(shù)的測(cè)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(xué)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(xué)附屬南京醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn),編號(hào):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(biāo)準(zhǔn):①知情并自愿參加本研究;②目標(biāo)牙已完全萌出;③目標(biāo)牙健康完整且未進(jìn)行任何治療。

排除標(biāo)準(zhǔn):①目標(biāo)牙有牙冠修復(fù)、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(guò)程中,患者出現(xiàn)惡心嘔吐等不良反應(yīng)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(cè)量

利用單反相機(jī)拍攝患者包含右上頜中切牙的正位口內(nèi)照片(曝光時(shí)間為1/125 s,ISO感光度為100,光圈數(shù)為f/20);將照片導(dǎo)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(kāi)反光區(qū)對(duì)右上頜中切牙的頸部、中部、切緣牙體顏色進(jìn)行測(cè)量,每個(gè)區(qū)域隨機(jī)測(cè)量3處并取平均值,記錄其色相、飽和度、亮度數(shù)值。

分別計(jì)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(biāo)牙存在的顏色個(gè)體差異,計(jì)算各區(qū)域色彩參數(shù)與該牙齒總體色彩參數(shù)的相對(duì)差異,如頸部色相相對(duì)差異=(頸部色相-色相平均值)/色相平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

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

2 結(jié) 果

2.1 總體色彩參數(shù)

通過(guò)測(cè)算獲得的右上頜中切牙總體色彩參數(shù)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1?？梢?jiàn)納入研究的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(gè)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(jì)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(jiàn)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(jì)學(xué)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(shuō)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(jì)學(xué)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(jì)學(xué)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(duì)差異

表2顯示,頸部色相相對(duì)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(shuō)明,在同一顆右上頜中切牙,其頸部色相對(duì)比總體色相存在負(fù)向偏移。結(jié)合圖2和上述結(jié)果可知,頸部色相負(fù)向偏移,意味著右上頜中切牙的頸部色相更偏紅。以此類(lèi)推,中部色相相對(duì)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(duì)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(fù)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(duì)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(duì)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(duì)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(jì)學(xué)意義;頸部、中部、切緣區(qū)域的飽和度差異也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;頸部與切緣、牙中部與切緣的亮度差異也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(cè)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(xiàn)下對(duì)目標(biāo)牙齒進(jìn)行比較,以此來(lái)確定牙齒顏色。由于受光源和主觀(guān)因素的影響,傳統(tǒng)法對(duì)牙齒顏色評(píng)判常存在誤差[10]。有研究報(bào)道,使用各種顏色測(cè)量?jī)x器(如分光光度計(jì)、色度計(jì)、數(shù)碼相機(jī)等)對(duì)牙齒顏色測(cè)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(jī)拍攝右上頜中切牙,并利用軟件對(duì)右上頜中切牙色彩進(jìn)行測(cè)算。對(duì)牙齒顏色精確判定需要應(yīng)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(lái)的色彩模型[19],在HSB色彩模型中,顏色是通過(guò)色相、飽和度和亮度三個(gè)維度來(lái)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(qiáng)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(gè)維度進(jìn)行設(shè)計(jì)[22]。因此,采用基于孟塞爾顏色系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的HSB色彩模型更易結(jié)合臨床實(shí)際。

本研究基于HSB色彩模型,利用軟件測(cè)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(biāo)牙的顏色也存在個(gè)體變化差異,這些誤差與差異可能會(huì)對(duì)本研究結(jié)果造成影響。為消除此類(lèi)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(duì)差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。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(cè),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(jì)學(xué)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(wú)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(jì)學(xué)意義。

有研究顯示,牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)均對(duì)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(jī)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(lái)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(guān)點(diǎn)一致。此外,有學(xué)者指出,牙釉質(zhì)具有一定的反光與透光效應(yīng)[25]。因此可以推測(cè),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(duì)牙齒各部位顏色變化規(guī)律的初步探索,仍需擴(kuò)大病例樣本作進(jìn)一步研究。且牙齒各區(qū)域的劃分較為粗略,仍需進(jìn)一步細(xì)化。因此,筆者將進(jìn)一步探索牙齒各部位顏色變化規(guī)律,深化美學(xué)區(qū)牙齒色彩研究,推動(dòng)前牙美學(xué)修復(fù)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(cè)量牙齒各部分的色相、飽和度、亮度數(shù)值,通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)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(wú)明顯差異,但切緣亮度與其他兩個(gè)區(qū)域亮度差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,切緣亮度最低。