修复体颜色数字化评价方法在美学区的初步应用

杨洁 邵水易 芮娜 薛昌敖

【摘 要】目的 評价基于HSB色彩模型的修复体颜色数字化评价方法在美学区的应用前景。方法 选取2020年12月-2023年3月于南京医科大学附属南京医院口腔科就诊的接受上前牙修复且修复体效果较好的10例患者为研究对象。本研究利用拾色器工具避开反光区对修复体及其色彩参照牙的颈部、中部、切缘颜色进行测量，并按公式计算色相（H）、饱和度（S）、亮度（B）的差异系数Hv、Sv、Bv及HSB颜色评分。再由同一名医师利用同一张照片，对修复体颜色做出WES评分中的颜色评分。结果 △HSB为（0.02±0.03）分，高于△WES的（0.00±0.00）分，差异有统计学意义（P<0.05）。WES的颜色评分无法体现各病例中修复体颜色与色彩参照牙颜色的差异性大小，而HSB颜色评分方法不仅能显示颜色的差异性大小，且能从颜色的色相（H）、饱和度（S）和亮度（B）3个方面评价修复体颜色。结论 基于HSB色彩模型的修复体颜色数字化评价方法较为精细可靠，具有较好的临床应用前景。

【关键词】HSB色彩模型；数字化；美学修复；颜色评价

中图分类号：R783.3 文献标识码：A 文章编号：1004-4949（2023）12-0016-06

基金项目：南京医科大学科技发展基金（编号：NMUB20220076）

Preliminary Application of Digital Evaluation Method for Prosthesis Color in Aesthetic Area

YANG Jie1， SHAO Shui-yi2，3，4， RUI Na1， XUE Chang-ao1

[1.Department of Stomatology， Nanjing First Hospital， Nanjing Medical University （Nanjing First Hospital）， Nanjing 210006， Jiangsu， China； 2.No.2 Outpatient Department， the Affiliated Stomatological Hospital of Nanjing Medical University， Nanjing 210000， Jiangsu， China； 3.Jiangsu Province Key Laboratory of Oral Diseases， Nanjing 210029， Jiangsu， China； 4.Jiangsu Province Engineering Research Center of Stomatological Translational Medicine， Nanjing 210029， Jiangsu， China]

【Abstract】Objective To evaluate the application prospect of digital evaluation method for prosthesis color based on HSB color model in aesthetic area. Methods From December 2020 to March 2023， 10 patients who received good upper anterior prosthetic treatments and had good prosthetic effect in the Department of Stomatology， Nanjing First Hospital， Nanjing Medical University were collected as the research objects. In this study， the color of the incisal region， middle region， and cervical region of the prostheses and their color reference teeth were measured using a color picker tool， avoiding reflective zones. And the coefficient of variability Hv、Sv、Bv of hue （H）， saturation （S） and brightness （B） and HSB color scores were calculated according to the formula. Then the same doctor used the same photo to score the color of the restoration in the WES score.Results The score of △HSB was （0.02±0.03）， which was higher than that of △WES （0.00±0.00）， and the difference was statistically significant （P<0.05）. The color score of WES could not capture the variability of the prosthesis color from the color reference tooth color in each case， while the HSB color score method could not only show the overall color variability，， but also evaluate the color of the prosthetic from three aspects： hue （H）， saturation （S） and brightness （B）. Conclusion The digital evaluation method of prosthesis color based on HSB color model is more reliable， and has a good prospect of clinical application.

【Key words】HSB color model； Digital； Aesthetic prosthesis； Color evaluation

前牙的外观很大程度上影响着人们的外在形象，在建立社交形象中起着重要作用[1-3]。对于前牙牙体缺损的患者，前牙区的美学修复治疗至关重要，不仅要恢复前牙的生理功能，还要对患者的牙齿形象进行重塑。随着经济的不断发展，民众对于生活质量的要求与日俱增，对于前牙修复体的美学要求也越来越高[4]。而和谐的前牙颜色，对于患者的形象提升和自信心的建立具有重要的作用。既往研究表明[5]，牙齿的颜色受到内部结构和外部纹理的影响。牙本质和牙釉质具有不同的光学性质。其中，牙齿的基本颜色主要由牙本质决定，而其颜色性质如乳光性、亮度、半透明度等则由牙釉质决定[6-9]。不同牙齿组织（牙髓、牙本质和牙釉质）的厚度、钙化程度、组分和半透明度均有所不同，这些因素最终导致了牙齿的多色特征[10]。因此，临床医师在对患者进行前牙区美学修复时，需要精确匹配牙齿的颜色，精确复制牙齿的光学特性，才可能使修复体逼真、自然[11]。而评价修复体修复效果，也需要精确测量牙齿的颜色。客观细化的修复体色彩评价方法，不仅可以评判美学修复体成功与否，还可广泛应用于前牙修复领域，尤其是牙齿色彩领域的研究，推动着美学修复的发展。对于修复体最终修复效果优劣的评判，最常应用的方法是白色美学评分（WES）标准。WES评分标准指医师通过观察牙齿形状、轮廓体积、颜色、表面纹理和透明度对修复体进行评分，但对于颜色的评分较为粗略[12，13]。而这种评判的方法类似于传统比色法，易受光源和主观因素（年龄、性别、经验、色盲和眼睛疲劳等因素）的影响，对牙齿颜色评判常存在误差[14]。近年来，测量牙齿颜色的数字化方法逐渐兴起。有研究报道[15]，使用颜色测量仪器（如分光光度计、色度计、数码相机等）对牙齿颜色测量的结果误差小，较为可靠。本研究为减少误差，基于HSB色彩模型，利用数字化技术测量照片中修复体及其色彩参照牙的色彩参数，用以对修复体的颜色进行评价。与现有的WES评分中的颜色评分标准相比，该方法消除了主观评价因素，更为客观，可为技师提供色差信息，用以调整修复体颜色，使修复体颜色更为逼真，更富层次感。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2020年12月-2023年3月于南京医科大学附属南京医院口腔科就诊的接受上前牙修复且修复体效果较好的10例患者为研究对象。纳入标准：①了解上前牙修复的注意事项及风险，知情并自愿参加本研究并接受上前牙修复；②修复体颜色逼真，修复效果较好；③年龄18～50岁；④修复体的色彩参照牙健康完整且未进行任何治疗；⑤无牙齿磨损，牙龈肿胀或退缩，唇腭裂等口腔疾病；⑥知情同意并签署知情同意书。排除标准：①无法配合拍摄口内照片患者；②在本研究进行过程中无法耐受口内照片拍摄以及恶性呕吐等不良反应者；③拍摄照片中出现异物遮挡修复体或色彩参照牙等情况。研究对象中男4例，女6例；年龄18～42岁，平均年龄（30.90±8.32）岁。

1.2 试验设备 相机：Canon EOS 80D（Canon，Japan）；镜头：Canon MACRO 100mm（Canon，Japan）；闪光灯：Canon MACRO RING LITE MR-14EXII（Canon，Japan）；软件：Adobe Photoshop CC 2019（Adobe，USA）。

1.3 方法

1.3.1 图片处理与参数定义 利用单反相机将修复体及其色彩参照牙拍摄于同一张照片。将照片导入Photoshop软件，将修复体与其色彩参照牙按颈部（cervical region）、中部（middle region）、切缘（incisal region）三等分，如图1所示。定义修复体（prosthesis）的颈部、中部、切缘的色相（Hue）数值为Hpc、Hpm、Hpi，定义修复体的颈部、中部、切缘的饱和度（Saturation）数值为Spc、Spm、Spi，定义修复体的颈部、中部、切缘的亮度（Brightness）数值为Bpc、Bpm、Bpi；定义修复体色彩参照牙（reference tooth）的颈部、中部、切缘的色相数值为Hrc、Hrm、Hri，定义修复体色彩参照牙的颈部、中部、切缘的饱和度数值为Src、Srm、Sri，定义修复体色彩参照牙的颈部、中部、切缘的亮度数值为Brc、Brm、Bri。

1.4 观察指标

1.4.1 HSB评分 将处理后的照片导入Photoshop软件，利用软件避开反光区对修复体及其色彩参照牙颈部、中部、切缘牙体颜色进行测量，每个区域随机测量三处，记录其色相、饱和度与亮度数值，取其均值进行后续计算；按图2a公式计算出△Hc，△Hm，△Hi，△Sc，△Sm，△Si，△Bc，△Bm，△Bi；再按圖2b公式计算色相、饱和度和亮度的差异系数（coefficient of variability）Hv，Sv，Bv及HSB颜色评分。

1.4.2 WES评分 由同一名医师利用同一张照片，比对修复体与色彩参照牙的颜色，做出WES评分中的颜色评分。WES评分分为0、1、2分3级，颜色无差异记2分，颜色差异较小记1分，颜色差异较大记0分。

1.4.3 HSB评分与WES评分比较 分别计算所有纳入患者修复体的HSB评分与WES评分的平均评分。计算每个纳入修复体的HSB评分和平均HSB评分差异的绝对值，设为△HSB；计算每个纳入修复体WES评分与平均WES评分的差异的绝对值，设为△WES。分析比较△HSB与△WES，以评价两种评分的评价精度差异。

1.5 统计学方法 采用SPSS 22.0统计学软件进行数据分析，计量资料以（x-±s）表示，行t检验；P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 美学修复效果统计 纳入的10例患者基本信息如表1所示。对10例患者的13枚美学修复体（图3）进行了HSB颜色评分与WES的颜色评分。结果如图4、图5所示。修复体戴入后，颜色协调，美学效果良好，患者满意。

2.2 HSB颜色评分与WES颜色评分比较 10例患者的HSB颜色评分为0.05～0.21分，△HSB为（0.02±0.03）分；WES颜色评分均为2分，△WES为（0.00±0.00）分，见图4。△HSB高于△WES，差异有统计学意义（t=3.201，P =0.008）。其中病例2修复体的HSB评分最低，为0.05分；病例6的修复体HSB评分最高，为0.21例。病例1～10的Hv，Sv，Bv结果见图5。

3 讨论

和谐的前牙颜色，对于患者形象的提升和自信心的建立具有重要的作用。进行前牙区美学修复时，需要精确匹配牙齿的颜色，精确复制牙齿的光学特性，才可能提升修复体色彩效果。利用数字化方法对牙齿颜色判定需要应用可靠的颜色系统理论。HSB色彩模型是基于孟塞尔颜色系统发展而来的色彩模型，常用于色彩的描述与判定[16]。在HSB色彩模型中，颜色是通过色相（H）、飽和度（S）和亮度（B）3个维度来描述，而这3个维度也被成为颜色三要素。色相定义了一种颜色，用于区分一种颜色和另一种颜色。饱和度是指颜色的强度。而亮度是指物体反射的亮度和光量。

本研究即利用HSB色彩模型，从三方面对修复体的颜色进行评价。结果显示：HSB颜色评分方法不仅可以显示颜色的差异性大小，而且可以相对客观的进行色差排序，以判断各病例中修复体颜色的逼真程度高低。以病例2与病例6为例进行Hv，Sv，Bv结果分析：病例2修复体（11）的Hv，Sv，Bv分别为：-0.03，0.03，0.02，HSB颜色评分为0.05分。其中Hv为-0.03，该系数为负且数值较小，则说明修复体颜色与色彩参照牙颜色相比色相差异小，只略微偏红；Sv为0.03，该系数为正且数值较小，则说明修复体颜色与色彩参照牙颜色相比饱和度差异小，只略偏高；Bv为0.02，该系数为正且数值较小，则说明修复体颜色与色彩参照牙颜色相比亮度差异小，略偏高。综上结果，根据公式可得出HSB颜色评分为0.05分，该评分数值较小则说明修复体颜色与色彩参照牙颜色接近。病例6修复体（22）的Hv，Sv，Bv分别为：-0.19，-0.07，-0.07，HSB颜色评分为0.21分。其中Hv为-0.19，该系数为负且数值相对较大，高于病例2，则说明病例6修复体颜色与色彩参照牙颜色相比色相差异大于病例2，色相偏红；Sv为-0.07，该系数为负且数值略大于病例2，则说明病例6修复体颜色与色彩参照牙颜色相比饱和度差异大于病例2，饱和度偏低；Bv为-0.07，该系数为负且数值高于病例2，则说明病例6修复体颜色与色彩参照牙颜色相比亮度差异大于病例2，且偏低。根据公式可得出病例6的HSB颜色评分为0.21分，高于病例2，则说明病例6修复体的整体颜色差异也大于病例2修复体。由此结合图4、图5结果可知，HSB颜色评分较低的修复体，其色相、饱和度和亮度方面相对差异均较小，说明该修复体与色彩参照牙色差较小。而HSB颜色评分较高的修复体，在色相、饱和度和亮度3方面中存在一项或几项相对差异较大，因此，该修复体与色彩参照牙色差较大。

如前所述，对于修复体最终修复效果的评判，最常应用的方法是白色美学评分（WES）标准。虽然WES评分是从多角度评价修复体的修复效果，但对于修复体颜色的评价的评分标准仅为三级，无法精确评判修复体颜色效果。本研究纳入的病例中修复体颜色与色彩参照牙的颜色均较为接近，但仔细对比修复体与色彩参照牙，部分病例的修复体与色彩参照牙颜色仍有细微差异。本研究△HSB与△WES配对t检验显示，△HSB高于△WES，差异有统计学意义（P<0.05），表明相较于WES的颜色评分，HSB颜色评分可以更细化的区分修复体与色彩参照牙的色差大小。因此，在这些修复效果较好的病例中，WES的颜色评分无法很好的体现各病例中修复体颜色与色彩参照牙颜色的差异性，而HSB颜色评分方法不仅可显示颜色的差异性大小，而且可以相对客观的进行色差排序，以判断各病例中修复体颜色的逼真程度高低。因此，相较于WES颜色评分，HSB颜色评分方法在修复体与色彩参照牙的颜色差异评价方面具有一定优势。

除了HSB色彩模型，CIELab系统也常用于牙齿颜色差异的判定[17-19]，CIELab系统由L*（颜色的明暗度）、a*（绿色到红色的光谱变化）和b*（蓝色到黄色的光谱变化）6个坐标定义颜色特性。a*、b*两个纬度分别表示绿色到红色和蓝色到黄色光谱变化，较为抽象，且没有相应偏绿或偏蓝的牙科材料用以调整修复体颜色，因此CIELab系统，并不利于医师与技师交流，也不利于技师根据评价结果对修复体加以调整。而本研究提出的HSB颜色评分体系，从颜色三要素（色相、饱和度与亮度）方面进行评价，更易理解。由上述结果分析可知，HSB颜色评分体系可显示色相、饱和度与亮度的相对差异，根据结果的正负数值，可判断修复体相对于色彩参照牙的由红到黄的色相偏倚，饱和度差异以及亮度差异。因此，若修复体色差较大，需重新制作修复体时，HSB颜色评分体系可帮助技师根据各方面的评分结果对修复体加以调整，使其更接近天然牙色彩。

目前，相關研究[20]将HSB色彩模型应用于临床修复诊疗中，并取得了良好的效果；也有研究[16]将HSB色彩模型应用于牙齿比色，证明了其在口腔临床诊疗中重要的应用价值。在WES的颜色评分无法精确评判修复体与色彩参照牙的色差的情况下，本研究首次提出基于HSB色彩模型的数字化评判修复体与色彩参照牙色差的方法，该方法可为医师和技师在颜色三要素方面分别提供色彩差异结果。本研究结果表明，相较于WES的颜色评分，HSB颜色评分方法在修复体与色彩参照牙的色差评价方面更为精细，更为可靠。该方法不仅可用于评价前牙区美学修复效果，也可为技师提供色差信息，用以调整修复体颜色，使修复体颜色更为逼真，更富层次感。与此同时，该方法还可对病例中的美学修复体的色彩方面进行客观评价与排序，并为美学复体色彩恢复成功与否提供客观评判手段，用以替代主观评判。但本研究纳入病例较少，仅是修复体颜色数字化评价方法在美学修复中的初步应用，仍需扩大病例样本做进一步研究。因此，未来需基于HSB色彩模型，进一步完善修复体颜色数字化评价方法，进而拓宽前牙美学修复治疗中的医技交流渠道，推动前牙美学修复技术的发展。

综述所述，基于HSB色彩模型的修复体颜色数字化评价方法较为精细可靠，具有较好的临床应用前景。

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编辑 扶田