牙科比色中的科学思路北京大学口腔医院门诊部特诊科刘峰牙齿的颜色千差万别，文献报道需要有800多种颜色才能全面描述正常天然牙的各种颜色。在临床工作中如何准确的捕捉和表达天然牙的颜色信息、指导技师进行烤瓷制作，是口腔医学界一直探索的重要问题。只有了解色彩感知过程、真正理解色彩和各种表色体系的含义，再利用科学的比色系统、比色工具及比色方法，掌握了科学的比色思路，才能更好的完成这项工作。色彩感知的三要素人对色彩感知的要素包括光源、物体和人的感知系统。（图1）当光源发出的具有一定波长的可见光投射到物体上，一部分波长的光会被吸收，也许还会有一些光会透射，最终被物体反射的、被人的感知系统所感知的光形成物体所展现的颜色。光源、物体、人的感知系统任何一个环节发生改变，都会影响所观察到的物体的颜色。 		图1：感知颜色的过程最基本的光源是太阳光，可见光是太阳发射出来的光波的一部分，即波长大约在380um-780um的部分，根据波长从长到短可以被区分为赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色的可见光。光波的其它部分是非可见光，如紫外光、红外光、X线等等（图2）。 图2：可见光色彩的三要素色彩可以从色相、明度、饱和度三个方面进行描述，这非常有助于清楚的理解色彩。色相：又称为色调，是不同色彩之间彼此区分的本质特性。不同波长的光色相不同，前边讲到，根据波长可以将太阳光分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同色彩。当一束光线投射到物体上，一部分光被吸收，一部分光可能会透射过去，剩下的一部分反射回来，到达人的感知系统。对于某一物体来讲，其色相决定于反射光的波长，即（入射光- 吸收光- 透射光）所得到的色相。明度：又称亮度，是色彩由明到暗的变化程度。物体的明度决定于物体对光的反射率，反射率越高，物体的明度就越高；对光的反射率越低，物体的明度就越低。同一色相下，不同明度的变化可以想象为在中间色里掺入黑或白所得到的效果。掺入白色可以减少光的吸收、更加光的反射，因此使明度升高；掺入黑色则反之，黑色可以增加光的吸收、减少光的反射，因此使明度降低。物体的明度却决于反射率，即（入射光- 吸收光- 透射光）/ 入射光）的比例，还可以表示为[（入射光- 吸收光）/ 入射光- 透射光/ 入射光]，即明度和物体的透明度有关。同色相的物体，透明度越高，明度就越低；透明度越低，明度就越高。这可以帮助我们理解瓷修复体的透明度对颜色的影响。3、彩度：又称饱和度、浓度、纯度，是色彩的鲜艳程度。同色相、同明度的彩色有彩度的差异。同一色相、明度下，纯色的彩度最高，不同彩度的变化可以想象为在纯色中掺水多少所产生的效果，也就是色彩被逐渐稀释的效果。
三、表色系统色彩的三要素是抽象的概念，科学的表色系统可以帮助人们更好的理解色彩三要素、将千万种色彩进行形象地描绘、准确的定位。现代常用的表色系统包括孟塞尔表色系统、La*b*表色系统、LCH表色系统等，各个表色系统具有不同的特点。真正领悟这些标色系统的原理，会对牙科比色有很好的指导作用。孟塞尔表色系统这个系统是在1905 年由美国人Munsell 发明。孟塞尔表色系统采用了3000 多色卡，对色彩的三要素进行直接的表达，是一种指导肉眼进行比色的标色系统。在孟塞尔色空间中，垂直的轴表示明度，越向上明度越大，越向下明度越低；在每一个平面上，按照角度逐渐变化的是色相，每个圆周上都有赤橙黄绿青蓝紫等不同色相的变化；在每个半径上表现的是相同色相、相同明度下彩度的变化，越靠近中心轴饱和度越低，越靠近周边饱和度越高。（图3）孟塞尔表色系统是一种肉眼比色系统，用于指导人们利用一系列色卡、依靠眼睛的观察进行比色，其比色顺序是先比明度，再比饱和度，最后确定色相。 	图3：孟塞尔表色系统La*b*表色系统随着科技的进步，在上世纪七十年代，出现了各种可以识别颜色的电子设备，为了满足这些电子设备的需要，1976 年国际照明协会（CIE ）确定了La*b*表色系统，这是一种专门用于仪器测色的表色系统。由于是仪器测色，La*b*表色系统可以给出连续的、精确的色度值，这是与孟塞尔肉眼比色系统最大的不同点。这个系统也是目前口腔色彩学研究中最常用表色法。La*b*表色系统用一个假想球形三维立体结构表示色彩，用La*b*三个参数来描述一个点的色彩。其中L代表明度，与孟塞尔表色系统相同，也是表现在纵轴上，越向上明度越高，越向下越低；色相及彩度的变化在球形的横截面上，人为确定a *表示红色方向，-a *表示绿色方向，b *表示黄色方向，-b *是蓝色方向。（图4）采用La*b*表色系统可以直接计算出两种色彩的色差，即ΔＬ= Ｌ１－Ｌ２；Δa * = a *１－a *２；Δb * = b *１－b *２；总色差ΔE = ( ΔL ２+ Δa *２+ Δb *２)1/2 ，因此，目前口腔色彩学术界很广泛地采用La*b*表色系统进行统计、分析。但也有很多文献表明，单纯的总色差ΔE 并不能准确表达两种色彩给人带来的心理差距，即两种颜色的总色差ΔE 的大小并不一定与人的心理感受一致，所以其实单纯的采用ΔE 表示颜色的差距并不十分科学。	图4：La*b*表色系统LCH表色系统LCH表色系统也是一种仪器测色表色系统，采用与La*b*表色系统相同的色彩球，可以给出连续的色度值，但其采用的三个参数L、C、H与孟塞尔表色系统十分类似，可以更好的反映色彩给人的心理感受。L 仍为明度，表现在纵轴上；C 代表彩度，表现在距离纵轴的远近，数值越大、越向周边、颜色越鲜艳，数值越小、越靠近纵轴、颜色越模糊；H代表表现为与红色方向的交角，表示色相。（图5）根据三角函数理论，LCH表色系统的色度值与La*b*表色系统的色度值可以互相换算，即Ｃ＝（a*２+ b*２）1/2，Ｈ＝ｔａｎ=( ΔＥ２－ΔＬ２－ΔＣ２)1/2 。也正如此LCH表色系统没有被口腔色彩学术界的科研工作所采用，但实际上LCH表色系统的概念与指导肉眼比色的孟塞尔系统更一致，更容易被口腔临床医生和技师所理解，对于临床比色更有实际指导意义。	图5：LCH表色系统正确感知色彩的要素由于感知色彩的三要素为光源、物体和人的感知系统，因此正确的感知色彩也需要从光源、物体和人的感知系统三个方面考虑。光源：正确的比色对于光源的要求非常高，只有在具有适宜色温、足够显色指数、适宜照度的可见光源的照射下，才能正确的感知色彩。环境光源的平均波长叫做色温。太阳光的色温为5500k-6500k，物体在太阳光源照射下所体现的颜色是最真实、自然的颜色。但大部分的人工光源的色温并不能保证在5500k-6500k。很多光源发出的光线通过光谱分析就可以看到与太阳光的区别（图6）。如果各种波长的可见光强度不平均、有多有少，某些波长的光成为优势光，就会由于光源不标准而造成辨色偏差。	图6：大部分人工光源的光谱分析与太阳光的光谱分析都有区别	除适宜的色温即光源的平均波长外，光源可以发射出各种波长的光而没有缺漏也是非常重要的。如果光源中本身就缺少某种颜色的光的波长，那么物体就不可能反射出这个波长的光，因此即使物体具有这种颜色，人也不可能感知到。显色指数（CRI ）	 		图7：足够的光强下可以分辨细节和颜色；不足的光强难以分辨物体的细节和颜色物体要具有适宜对比的环境、足够的大小和足够的静止时间。 物体的环境对于比色有很大影响。过于接近的、对比过小的环境使物体融于环境（图8），而过强的对比又会带来耀眼的感觉（图9）。这两种情况都会给辨色带来困难。 	 		图8：过低的对比使物体融于环境图9：过高的对比产生耀眼的感觉物体具有足够的大小可以使观察物体是具有足够的视角，这对正确辨色也是非常重要的（图10）；而对运动着的物体进行辨色也是非常困难的（图11）。 	 		图10：过小的物体会对辨色造成障碍图11：运动的物体会加大辨色难度人的感知系统即使有了最标准的光源、适宜的物体对象，也不一定能准确地把颜色辨别出来，人的感知系统是一个更重要的影响因素。人的感知系统特性对人能否正确分辨物体的色彩有重要影响人的视网膜上对色彩敏感的细胞包括约1200 万个视杆细胞和约700万个视锥细胞。视杆细胞对明度敏感，数量多且敏感，低照度下即可发挥作用，然而在高照度下又会被抑制；视锥细胞对色相、饱和度敏感，但只在高照度下才能发挥作用。也就是说，在照度不强时，分辨两种颜色是依靠其明度的差异；在照度较强时，分辨两种颜色的差异是依靠其色相和饱和度（图12）。对于口腔内相对照度较低、比较暗的环境来讲，容易被分辨的颜色偏差是明度上的偏差。因此，在比色过程中首先进行正确的明度匹配是比色中重要的环节，而这也正是孟塞尔肉眼比色系统以及vita 3D比色系统推荐的比色顺序。	图12：在低照度情况下，分辨出树形形状主要依靠与背景间的明度区别；随着照度的增加，分辨出树形形状转变为主要依靠与背景间的色相、彩度区别五、正确的比色顺序理解了以上色彩学的基本理论，就可以更容易的理解正确的比色方法。根据人的感知系统中视杆细胞、视锥细胞的特点，正确的比色顺序是首先在柔和的光线下，对天然牙进行明度的判断（图13），然后在较高照度的光源下进行饱和度与色相的选择（图14），这正是孟塞尔肉眼标色系统推荐的比色顺序。目前临床上常用的比色系统中，vita 3D比色系统推荐的比色顺序。	 		 图13：首先在柔和光线下进行明度的选择图14：在高照度光源下选择饱和度和色相	 比色系统的选择口腔临床上一般采用比色板用肉眼进行比色。因此，一个比色系统是否符合人感知系统的特点、是否与肉眼表色系统相协调，决定了比色系统的科学性。选择具有科学性的比色系统更有利于医师对牙齿进行迅速、准确的比色。那么那种比色系统更科学呢？Vita传统的16色比色板是首先以色相分为ABCD四组，在每组中再根据彩度不同分为1、2、3、3.5、4等级别，但对于明度却没有给予考虑，其分级与明度没有关系，因此采用这种比色系统很难得到在明度上相对准确的比色结果（图15）。同时，其它品牌的大部分仿牙体比色板也都存在类似问题。而明度的差异实际上在口腔内是最容易被察觉的，因此这些比色系统从色彩学原理上讲都不够科学，都不利于人眼正确的辨别颜色。 	图15：从明度角度观察Vita传统的16色比色板，可以看到其分级与明度没有关系。例如A2、B2、C2、D2的明度是完全不同的。Vita 3D比色系统与Vita传统的16色比色板和其他品牌的仿牙体比色板不