基于HSB色彩模型的右上颌中切牙各区域颜色变化规律的研究

杨 洁,汤春波,邵水易,芮 娜,薛昌敖

前牙的外观很大程度上决定着人们的外在形象[1-3],而和谐的前牙颜色对于患者的形象提升和自信心的建立也具有重要的作用[4]。随着经济的不断发展,民众对于生活质量的追求与日俱增,对于前牙义齿修复的颜色要求也越来越高[5]。

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,并精确复制牙齿的光学特性,才可能使修复体逼真、自然[6]。有研究报道,牙髓、牙本质和牙釉质具有不同的光学性质,牙齿的颜色受到内部形态和外部纹理的影响。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[6-7]。不同牙齿组织(牙髓、牙本质和牙釉质)的厚度、钙化程度等均有所不同,这些因素最终导致了牙齿的多色特征[8]。此外,患者的年龄、性别也会影响牙齿颜色[6,9]。因此,制作颜色协调的美学修复体极其困难[10]。目前,已有很多学者针对牙齿颜色展开了研究[6,8,11],却鲜有研究对牙齿各部位颜色的变化进行探索,牙齿各部位的颜色变化规律也有待进一步探寻。

同一颗牙各区域的内部形态和外部纹理有所不同,这就决定了牙齿各区域颜色的多变性和复杂性。而了解牙齿各区域颜色的多变性变化规律,不仅能加深研究者对牙齿颜色的了解,更能推动美学修复体的改进,使美学修复体更为逼真,颜色更富层次感。因此,本研究拟采用孟塞尔颜色系统,基于HSB色彩模型,利用软件测量牙齿各部分的色相、饱和度与亮度数值,探寻牙齿各部位颜色变化规律,深入牙齿色彩的研究,推动前牙美学修复技术的发展。

1 资料与方法

1.1 软硬件设施准备

Canon EOS 80D相机、MACRO 100 mm镜头、Canon MACRO RING LITE MR-14EXII闪光灯(Canon,日本)。利用单反相机拍摄患者口内软硬组织高清照片。在工作站中安装Adobe Photoshop CC(Adobe,美国)软件用于牙体软硬组织颜色参数的测量与分析。

1.2 病例资料

收集2022年8月至2023年4月于南京医科大学附属南京医院口腔科就诊的右上颌中切牙完整的患者。本研究经南京医科大学附属南京医院伦理委员会审核批准,编号:KY20230424-03-KS-01。共65例患者65颗右上颌中切牙被纳入本研究,患者年龄12～39岁。

病例纳入标准:①知情并自愿参加本研究;②目标牙已完全萌出;③目标牙健康完整且未进行任何治疗。

排除标准:①目标牙有牙冠修复、充填物存在、磨损磨耗、牙龈肿胀或退缩、釉质发育不全等;②在口内照片拍摄过程中,患者出现恶心呕吐等不良反应或拒绝拍摄;③拍摄的照片中,存在异物遮挡被研究牙齿等情况。

1.3 牙齿色彩测量

利用单反相机拍摄患者包含右上颌中切牙的正位口内照片(曝光时间为1/125 s,ISO感光度为100,光圈数为f/20);将照片导入Photoshop软件,将右上颌中切牙按颈部(cervical region)、中部(middle region)、切缘(incisal region)三等分如图1所示。定义右上颌中切牙的总体色相(hue)、饱和度(saturation)、亮度(brightness)分别为H、S、B。

图1 右上颌中切牙以颈部、中部、切缘三等分

利用Photoshop软件避开反光区对右上颌中切牙的颈部、中部、切缘牙体颜色进行测量,每个区域随机测量3处并取平均值,记录其色相、饱和度、亮度数值。

分别计算该牙齿各参数平均值,如色相平均值=(颈部色相+中部色相+切缘色相)÷3。

为消除不同照片之间存在的色彩误差以及目标牙存在的颜色个体差异,计算各区域色彩参数与该牙齿总体色彩参数的相对差异,如颈部色相相对差异=(颈部色相-色相平均值)/色相平均值。

1.4 统计学分析

本研究利用SPSS(v.22.0,Chicago,Illinois)软件分别对色相、饱和度、亮度数据及相对差异进行单因素方差分析,设定P<0.05时,差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1 总体色彩参数

通过测算获得的右上颌中切牙总体色彩参数的描述性统计结果见表1。可见纳入研究的65颗右上颌中切牙色相平均值为27.71°,最小值为22.22°,最大值为36.67°。结合图2可知,22°至37°色相为由红向黄变化,即右上颌中切牙的色相分布于22°至37°这个由红向黄变化的区域之中。饱和度平均值为22.56%,最小值为5.89%,最大值为31.56%。亮度平均值为83.16%,最小值为69.33%,最大值为99.56%。

表1 右上颌中切牙总体色彩参数的描述性统计结果

图2 色相图

2.2 各区域色彩参数

右上颌中切牙各区域色彩参数的结果见表2、图3。①右上颌中切牙颈部、中部、切缘色相平均值分别为26.50°、30.08°、26.53°,相较于颈部和切缘,中部色相值最高,即右上颌中切牙中部色相偏黄,差异具有统计学意义;②牙颈部、中部、切缘饱和度平均值分别为26.67%、22.46%、18.54%,颈部值最高,切缘值最低,说明右上颌中切牙颈部的色彩饱和度最高而切缘饱和度最低,差异具有统计学意义;③牙颈部、中部、切缘亮度平均值分别为84.76%、84.44%、80.29%,切缘最低,差异具有统计学意义。

表2 右上颌中切牙各区域色彩参数

*:P<0.01

2.3 相对差异

表2显示,颈部色相相对差异为-0.04,即右上颌中切牙的颈部色相与其总体色相的差异平均值为-0.04。这说明,在同一颗右上颌中切牙,其颈部色相对比总体色相存在负向偏移。结合图2和上述结果可知,颈部色相负向偏移,意味着右上颌中切牙的颈部色相更偏红。以此类推,中部色相相对差异均值为0.09,意即在同一颗右上颌中切牙,与总体色相相比,它的中部色相正向偏移,中部色相比总体更偏黄。切缘色相相对差异均值为-0.04,意即在同一颗右上颌中切牙,与总体色相相比,其切缘色相负向偏移,其切缘色相比总体更偏红。

颈部、中部、切缘饱和度相对差异均值分别为0.19、-0.01、-0.18,意即与右上颌中切牙总体饱和度相比,其颈部饱和度增高,中部和切缘饱和度降低。

颈部、中部、切缘亮度相对差异均值分别为0.02、0.02、-0.04,意即与右上颌中切牙总体亮度相比,其颈部和中部亮度略偏高,切缘亮度略偏低。

单因素方差分析结果如图4所示。结果显示,对于同一颗右上颌中切牙,牙中部与颈部、中部与切缘的色相差异具有统计学意义;颈部、中部、切缘区域的饱和度差异也具有统计学意义;颈部与切缘、牙中部与切缘的亮度差异也具有统计学意义。

*:P<0.01

3 讨 论

目前,传统方法和数字化方法都可用于牙齿颜色测定。临床最常用的方法是比色板比色法[12-14]。该方法利用比色板,在同一环境中、同一光线下对目标牙齿进行比较,以此来确定牙齿颜色。由于受光源和主观因素的影响,传统法对牙齿颜色评判常存在误差[10]。有研究报道,使用各种颜色测量仪器(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更小,更为可靠[15-18]。

本研究利用数码相机拍摄右上颌中切牙,并利用软件对右上颌中切牙色彩进行测算。对牙齿颜色精确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[19],在HSB色彩模型中,颜色是通过色相、饱和度和亮度三个维度来描述[20]。色相定义一种颜色,用于区分一种颜色和另一种颜色。饱和度是指颜色的强度。而亮度指物体反射的亮度和光量[21]。临床常用的VITA 3D-Master比色板以及瓷粉颜色划分也都是基于这3个维度进行设计[22]。因此,采用基于孟塞尔颜色系统发展而来的HSB色彩模型更易结合临床实际。

本研究基于HSB色彩模型,利用软件测量牙齿各部分的色相、饱和度与亮度数值。不同照片之间可能存在色彩误差,并且目标牙的颜色也存在个体变化差异,这些误差与差异可能会对本研究结果造成影响。为消除此类影响,本研究利用右上颌中切牙各区域色彩参数与该牙齿总色彩参数的相对差异进行统计。结果显示,在同一颗右上颌中切牙,颈部、中部、切缘的色相、饱和度、亮度较牙齿总体色彩参数均有所偏移。由此可以推测,右上颌中切牙各区域的色彩具有差异性。结合图2及图4结果可知中部色相最偏黄,颈部色相最偏红,中部色相与颈部色相、中部色相与切缘色相差异具有统计学意义。在同一颗右上颌中切牙中,颈部的饱和度最高,中部次之,切缘饱和度最低。颈部与中部亮度无明显差异,但切缘亮度最低,切缘亮度与颈部亮度、切缘亮度与中部亮度差异具有统计学意义。

有研究显示,牙本质和牙釉质均对牙齿色度(即色相和饱和度)有较大影响[6]。牙釉质高度矿化,有机质含量较少,而牙本质矿化程度较低,且具有大量牙本质小管等管状结构。因此,牙釉质具有更高的透光率和更佳的半透明度[8],同一颗牙不同区域的牙本质和牙釉质的厚度有所不同,牙釉质由颈部至切缘越来越厚,而牙本质则相反。因此,牙颈部由于较薄的牙釉质以及较厚的牙本质而显得颜色较深[23-24]。本研究结果显示,同一颗右上颌中切牙中,颈部的饱和度最高,中部次之,切缘饱和度最低。该结果与上述研究观点一致。此外,有学者指出,牙釉质具有一定的反光与透光效应[25]。因此可以推测,牙颈部和切缘色相偏红,可能是由于牙颈部反射或透射牙龈或黏膜颜色所致。而切缘亮度最低可能与切缘牙釉质的高透光率相关。

然而,本研究纳入患者较少,仅是对牙齿各部位颜色变化规律的初步探索,仍需扩大病例样本作进一步研究。且牙齿各区域的划分较为粗略,仍需进一步细化。因此,笔者将进一步探索牙齿各部位颜色变化规律,深化美学区牙齿色彩研究,推动前牙美学修复技术的发展。

4 结 论

综上所述,本研究基于HSB色彩模型,利用软件测量牙齿各部分的色相、饱和度、亮度数值,通过统计学方法寻找牙齿各部位颜色变化规律。结果显示右上颌中切牙各区域的色彩具有差异性。同一颗右上颌中切牙中,中部色相最偏黄,颈部和切缘色相偏红;颈部的饱和度最高,中部次之,切缘饱和度最低。颈部与中部亮度无明显差异,但切缘亮度与其他两个区域亮度差异具有统计学意义,切缘亮度最低。