《色彩学知识与牙科比色》系列讲座之四牙科比色相关的研究方法及进展刘峰北京大学口腔医学院·口腔医院·门诊部LIU Feng 
Outpatient Dental Centre , School & Hospital of Stomatology, Pekjing University 
色彩学知识与牙科比色讲座IV
 牙科比色相关的研究方法及进展 口腔色彩学研究是口腔医学科研领域的重要组成部分。口腔色彩学研究主要包括天然牙颜色研究、牙科色彩识别方法研究以及口腔材料光学特性研究。本节讲座将向大家介绍与牙科色彩识别相关的科学研究方法及进展，以利于更多对口腔色彩研究感兴趣的医生深入到这个领域中。一对比色板的研究视觉比色的比色工具是比色板，每套比色板都是由一系列不同颜色的比色片组成的色彩定位系统，用以比对、确定天然牙的颜色，其作用与孟赛尔颜色系统中用来标定颜色的色卡类似。制作修复体时，临床医生使用比色板与目标牙齿相比较，选取最接近的色号，用于和技师的交流。作为比色标准的比色板需要满足以下几个要求：比色片颜色范围应包括大部分天然牙的颜色，即所覆盖的颜色空间与天然牙齿的颜色空间一致；比色片数目要适当，便于医生和技师选取颜色；比色片在颜色空间内的分布与排列应具有一定的系统性和逻辑型，设计应符合辨别颜色的基本原理，便于理解和掌握。早在1931年，基于对6000多颗牙齿的测量，Clark医生就提出需要400多种牙齿颜色和300多种牙龈颜色的比色片才能覆盖全部天然牙齿和牙龈的颜色空间。目前临床常用比色板包括Vita Classical 比色板、Vita3D-Master 比色板、Dentsply 比色板、Shofu Halo 比色板及Ivoclor Chromascop 比色板等，这些比色板一般包括16-30个比色片，很难完全覆盖千差万别的牙齿颜色，因此比色板成为一些学者们研究的对象。有些学者对各种比色板覆盖的色彩空间进行了测定与比较，以评价各种比色板颜色范围的全面性。比如Funda使用分光光度计测量了Vita Classical , Ivoclor Choromascop和Vita 3D Master的色度值，与359颗天然牙的颜色分布区间作比较，并分别进行统计学检验，结果证明Vita 3D Master比色板的覆盖误差比另外两种小，并且与三种比色板共同覆盖的范围相比，误差无统计学差异，其结论是Vita 3D-Master在统计学上覆盖了天然牙齿的颜色分布区间。各国学者还对比色板覆盖的色彩空间与本国、本地区人群天然牙所在色彩空间进行比较，以评价比色板对本地区人群的适应性。比如巢永列等对四川地区中国人群天然牙的颜色做了基础研究，得出了四川地区中国人群天然牙的颜色特征、LabCH的95%正常值范围，并与Vita Classical 比色板做了比较，发现Vita Classical 比色板缺乏明度高、饱和度高的红、黄色调的色片；Judy对大Buffalo地区人群的牙齿颜色进行调查，确定了该地区人群天然牙齿的颜色在3D空间中的分布，并与比色板的分布范围作比较，发现Vita 3D-Master比色板基本能覆盖该人群牙齿的颜色。在现有比色板中，Vita 3D-Master 利用色度计量法的明度、饱和度、色相三元素等距值为分布原则，遵循明度为选色中最重要因素的原则，以明度-饱和度-色相的选色顺序设计了选牙色系统。Vita 3D-Master 比色板是否更有利于临床医生正确的比色，也成为一些学者研究的内容。许多学者将传统比色板与Vita 3D-Master 比色板相比较，其中Ihab的研究结果是全科医生使用3D-Master比色板的重复性和一致性均比使用Vita Classial高，而修复专业医生使用这两种比色板无明显差别；而Nour的研究结果是经过专业培训的医生应用3D-Master比色板的准确性比Vita Classial高，但未经过培训的医学生应用3D-Master比色板的准确性反而比Vita Classial低。有些学者在继续探索更合理的比色板设计思路。有研究证明Vita 3D-Master比色板的比色片在色彩空间中的分布仍有欠缺，还需要继续探索更加均衡分配色彩空间的方式。Paravina使用非线性优化的方法将色彩空间进行重新分布，所得到的比色片的点与天然牙相比的平均色差小于Vita Classical比色板。Mostafa 以150颗牙为样本，使用分光光度计测量Lab值，采用合并聚类算法确定比色板的色度值，并与Vita Classical 比色板、Trubyte Bioform 比色板和Vita 3D-master比色板做比较，证明使用合并聚类的算法能够更有效的设计比色板的色标分布。二、对色彩识别的研究视觉比色的原理是人眼分辨比色卡与牙齿颜色的差别，将二者进行比较，确定最接近的颜色。研究人对色彩识别的问题，首先要排除受试者色觉缺陷的问题。Moser 等学者测试过670 名牙科专业医生，发现有9.9% 的人存在色觉缺陷；也有研究报道色觉缺陷性别差异明显，受试女医生中存在色觉缺陷的仅0.5%，而9.3%的受试男医生存在色觉缺陷。 对于大部分不存在色觉缺陷的专业医生、医学生的色彩识别能力的评价，以及培训、提高色彩识别能力的方法、效果，是学者们研究的重点。Hammad比较了有经验的修复专科医生和全科医生使用Vita Classical比色板和Vita 3D-Master比色板比色的重复性，发现不管使用任何系统的比色板，修复专科医生的选色重复性都比全科医生更高，充分证明了经验对于颜色识别的重要性，同时提示我们可以通过训练的方法提高人眼对颜色的识别。Bona对普通人、口腔医学生和有经验的临床医生分别进行了比色培训，研究发现在这三类人群中均存在学习曲线，三类人经过训练后比色的能力均有所提高。国外已有学者研究设计出色彩识别训练系统，可以提高牙科医生色彩识别的能力，得到了很好的效果，而国内学者对牙科比色领域色彩识别能力的关注较少。人对颜色差异的感知阈值、容忍阈值对于评价修复效果具有重要意义。不同的体外实验方法、以及对与不同人群所测得的修复体与天然牙的可接受色差各不相同，比如，Kuehni的体外比色研究表明，当色差仅为1.0时，就有50%的受试者表示可以分辨出颜色差别；也有研究认为在标准光源下人眼可以分辨的颜色的最小色差为2，因此美国牙医学会在1987年规定比色板色片之间的色差应该在2以内。很多学者的研究证明在口腔内环境下人眼可以分辨的最小色差比体外实验中的更大，Johnston的研究结果表明在口内环境下专业修复医生对色差的容忍阈值为1.7，而非修复专业医生在口内环境下对色差的容忍阈值达到3.7；Douglas使用仿真的口颌系统模型来模拟口内环境，在此基础上测量和计算口腔专业医生能感受和接受的色差，研究结果认为口腔专业医生在口内环境下对色差的感受阈值为2.6，对色差的容忍阈值为5.5；更大样本量的的研究发现在体外所有测试对象的平均可接受色差为2.7，而在口内环境平均可接受的色差为6.8。 以往大部分研究均采用传统的色差公式ΔE*ab（ΔE*ab=(( ΔE*)2+( Δa*)2+( Δb*)2)作为评价标准，该色差公式对于体现人类视觉分辨能力的准确性一直是色彩学界研究的基础问题。Alvin将1976年国际照明组织确立的色差公式ΔE*ab与2000年国际照明组织确定的和英国颜色测量委员会的色差公式ΔE*CMC做比较，分析这三种色彩学公式在评价人眼对修复体颜色差别能力的作用，结果发现色差公式ΔE*2000和ΔE*CMC比ΔE*ab能够更准确的体现出人类对颜色差别的感知性和可接受性。三、对比色仪器的研究由于视觉比色的方法受到光源、观察者色彩识别能力的限制，很多比色仪器开始应用在牙科比色中。牙科比色仪器采用的是计算机选色技术（computer color search ，CCS ）的原理，即首先将目标材料的测色结果制成数据库，再采集被测物的测色结果，根据色差检索从而选定最接近的颜色。这种模式如果建立在准确测量系统的基础上将避免人眼对颜色分辨和感知能力的差异，为更准确的比对和判定颜色提供了可能性。许多学者都在探索仪器比色的方法、验证仪器比色的准确性及其在色彩传递中的作用。 ShadeEye （Shofu，日本）是色度计型比色仪的代表，其工作原理是光源释放RGB三色光线，以一定角度入射到牙齿上，测量分析从牙齿表面反射的光线波长，以此判定牙齿的颜色。此类比色仪由于光源的光谱范围较窄，在计算时存在很大范围的推测值，因此准确性受到影响。1998年Scott对色度计型比色仪与视觉比色做了比较，结论为两种方法比色的准确性并无显著差异。分光光度计型比色仪是以标准可见光为光源，测量物体的反射光谱。它在可见光谱区域内的一些离散点上进行测量，通常每隔10nm或20nm测量一个点，在400～700mm的范围内测量16～31个点。分光光度采用数字式积分方法，可见光范围任一波长的分光反射率，能提供比多的信息。Paul 的研究中首先用分光光度计型比色仪测量了Vita Classical比色板各比色片的色度值制成数据库，再用分光光度计型比色仪在口内测量天然牙的色度值，选择色度值最接近的比色片做为分光光度计型比色仪的测色结果，视觉比色采用Vita Classical比色板和标准光源。将两种比色结果与天然牙的实际色度值的色差进行比较。这种方法客观的评价了分光光度计型比色仪在表达牙齿颜色中的作用，其准确性高于视觉比色。但是该研究没有涉及颜色信息的传递和表达。接下来的研究中，学者们从临床实际问题出发，关注了比色仪器在传递和表达颜色信息方面的作用。Dancy的研究中分别使用传统比色板和工业用分光光度计测量目标牙齿的颜色，在同一加工中心制作修复体，并与目标牙齿的颜色相比较计算色差，研究结果是采用比色板比色制作修复体与目标牙的色差略大于采用工业用分光光度计测色组的色差。但是这种方法存在一定的问题，首先实验中使用的工业用分光光度计所得的测色结果与牙科使用的瓷粉材料不具有匹配性，工业用分光光度计测量所得到的LabCH等色度学结果无法直接与瓷粉的颜色相匹配，首先影响了颜色识别的准确性；其次，仅在同一加工中心加工仍然存在很多混杂因素，如不同技师的加工手法、瓷粉烧结的次数、瓷层的厚度均可以影响最终修复体的颜色。因此，学者们还在不断对比色仪在牙科比色方面应用的方法和准确性进行验证性的研究。Seungyee研究了ShadeScan比色仪的测色准确性，发现其针对VITA Classical、VITA 3D-Master和Ivoclor Chormascop三种比色板的色彩空间的准确性有所不同。笔者在2006年进行了一项基于60例临床病例的分析研究，分别采用VITA 3D-Master比色板和Eaeyshade（Vita，德国）进行术前比色，分析评价两种比色方法所得修复体与天然牙的色差，得出分光光度计型比色仪的比色准确率高于视觉比色的结论。比色仪的理论除了应用在牙齿的颜色识别和再