CC BY
67
© Коллектив авторов, 2004 УДК 616. 314. 13 - 173: 681. 3
КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВЕТА ЗУБОВ
О.Л. Головков, Л.П. Набатчикова, Л.А. Хлуденева, Е.И. Чернов
Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова,
Рязанский государственный педагогический университет имени С.А. Есенина
Рассмотрен оригинальный способ определения цвета объектов с диффуз-норассеивающей свет неоднородной внутренней средой, преимущественно зубов и стоматологических материалов.
Настоящая статья посвящена оригинальному способу [3] определения цвета объектов с диффузно рассеивающей свет неоднородной внутренней средой, преимущественно зубов и стоматологических материалов.
Определение цвета зубов - «вечная» проблема в стоматологии, начиная с того момента, когда впервые начали использовать искусственные материалы для изготовления зубных протезов, вкладок и пломб, близких по цветовой расцветке к естественным зубам. До сих пор подбор искусственных материалов по цвету в большинстве стоматологических клиник и кабинетов осуществляется субъективно, «на глаз». При этом используются специальные цветовые шкалы, например, цветовые стоматологические расцветки VITAPAN CLASSICAL SHADEGUIDE, VITAPAN 3D-MASTER, CHROMASCOPE и др. Правильное определение цвета зубов при рассматривании глазом возможно только при дневном освещении в кабинете, где зубоврачебное кресло расположено таким образом, чтобы пациент находился напротив окна выходящего на северную сторону.
Целый ряд факторов могут поме-
шать правильному определению цвета зубов. В частности, изменение восприятия цвета в зависимости от природы источника света или температуры, возрастные физиологические изменения зрительного анализатора, источником оптических иллюзий может стать окружающая обстановка, которая обуславливает контраст отношений предмета и фона (существует множество иллюзий, обусловленных различием в яркости предмета и фона восприятия), которые мешают цветовосприятию. Для точного определения цвета зубов необходим опыт и постоянная профессиональная тренировка врача. В рабочем кабинете стоматолога не должно быть посторонних сильных звуков, шумов, вспышек света, пыли, которые могут повлиять на эффективность определения цвета зубов. Более того, глаз должен «отдохнуть» от воздействия яркого света ламп или цветов одежды пациента, прежде чем начинать оценивать эстетические свойства зуба [1, 4]. Поэтому при определении цвета зубов часто возникают ошибки, приводящие с одной стороны к дискомфорту у пациентов, а с другой стороны - к финансовым потерям у стоматологов, т.к. свои ошибки им прихо-
диться исправлять за свой счёт. Таким образом, создание объективных методов определения цвета зубов и аппаратурного обеспечения этого процесса является на сегодняшний день весьма актуальной проблемой.
Проанализируем вначале сам объект оптического исследования - зуб, затем особенность определения цвета зуба глазом человека, сформулируем концепцию «правильного» определения цвета зуба с помощью аппаратурных средств и затем рассмотрим предлагаемый оригинальный способ определения цвета объектов.
1. Зуб как оптический объект исследования.
Как оптический объект зуб представляет собой многослойную структуру с диффузно рассеивающей свет внутренней средой [4].
Наружный слой - эмаль. Эмаль состоит из прозрачных призм - тонких удлинённых образований (3-6 мкм), идущих волнообразно через всю толщину эмали, и склеивающего их меж-призматического вещества. Толщина эмалевого слоя различна в разных отделах зуба: на режущем крае - около 1,6 мм, на жевательных буграх - до 3 мм, в центре - около 0,6 мм, на шейке - около
0,01 мм. Эмаль можно рассматривать как стекловидное тело, обладающее небольшим диффузным рассеянием света. При этом для зрелой эмали (возраст после 35-40 лет) характерна большая прозрачность за счет ее минерализации, чем для эмали у молодых людей.
Слой, расположенный сразу за эмалью - дентин, который образуется веществом, сходным по строению с костью. Он имеет волокнистую структуру, по которой распространяется излучение как в оптическом волноводе. Само ве-
щество, образующее дентин, обладает сильным диффузным рассеянием и определенным спектральным поглощением. С возрастом происходит также минерализация дентина и появление вторичного дентина. За дентином расположен корневой канал с кровеносными сосудами. Если зуб живой, то находящаяся в сосудах кровь придаёт зубу слабый розоватый оттенок.
При попадании оптического излучения на зуб часть этого излучения отражается, часть рассеивается от поверхности эмали (если она дегидратированная, но обычно эмаль влажная), а основная часть проникает внутрь зуба и рассеивается в эмали и дентине. Часть излучения проходит всю структуру зуба и выходит с его обратной стороны (зависит от прозрачности и толщины зуба), что сказывается на его светлоте (яркости). Излучение, рассеянное и поглощенное в эмали и дентине, частично выходит наружу с внешней стороны зуба, создавая его цвет. Следует отметить, что отражённое от поверхности эмали излучение не несёт информации о цвете зуба, поскольку коэффициент отражения от поверхности зуба (от эмали), как у стекла, практически постоянен в видимом диапазоне спектра. Этот отражённый сигнал воспринимается глазом как блеск и при определении цвета зуба является «паразитным».
Следует также отметить, что зуб имеет неправильную геометрическую форму со сложной поверхностью, что создаёт определённые, а зачастую достаточно большие трудности в определении его оптических характеристик.
Из выше изложенного следует, что зуб является сложным оптическим объектом, имеет в разных зонах (стоматологов обычно интересует 9 зон, на которые разбивается зуб) разные цветовые
характеристики, определить которые достаточно непросто.
Цветовые характеристики объекта описываются разными цветовыми системами, например, в настоящее время широко используется система CIELab, представленная тремя компонентами. Это - цветовой тон, насыщенность цвета, яркость (светлота) [2]. Но в стоматологии традиционно используются эталонные цветовые шкалы, в виде искусственных зубов, имеющих определенные цветовые и оптические характеристики. Вся стоматологическая практика реставрации зубов построена на определении и воспроизведении цвета с использованием искусственных материалов согласно этим шкалам. Поэтому обычные стоматологи хотят, чтобы на аппаратурном средстве измерения информация о цвете зуба отображалась в соответствии с применяемыми эталонными шкалами. Следует, однако, отметить, что подобный подход явно устарел. В любой цветовой шкале ограниченное число элементов, например, в самой современной цветовой шкале 3-D MASTER используется 26 эталонных элементов. В природе же палитра окрасок зубов несравненно богаче и это часто приводит к трудностям при создании подобного искусственного зуба. В связи с этим аппаратурное средство измерения информации о цвете зуба должно давать рецептуру реставрации зуба независимо от применения эталонных шкал.
2. Об особенностях восприятии цвета зуба глазом человека.
Глаз человека является точечным приемником и наблюдает изображение в дальней зоне, в малом телесном угле. На восприятие цвета зуба огромное влияние оказывает расходимость, угол
падения освещающего зуб оптического излучения и его спектр. При увеличении расходимости проявляются оптические характеристики эмали, зуб становится светлее. А если на зуб светить узким световым пучком, то он будет восприниматься как более темный, а цвет его будет более насыщенным, так как оптические свойства эмали будут сказываться меньше. Что касается естественного светового излучения, то он даже при наличии облаков является слаборасходящимся. Излучение от искусственных источников света обычно сильнорасходящееся.
Следует отметить, что искусственные зубы не будут по цвету отличаться от естественных при разных условиях освещения (естественном - с малой расходимостью и искусственном - с большой расходимостью) только в том случае, если оптические характеристики искусственной эмали будут совпадать с оптическими характеристиками естественной эмали. В настоящее время этот вопрос стоматологами пока даже не обсуждается.
3. Концепция «правильного» аппаратурного определения цвета зуба.
Из п. 2 следует, чтобы прибор «правильно» определял цвет участка исследуемого зуба, т.е. чтобы результат аппаратурной регистрации не отличался от результата, полученного опытным специалистом (стоматологом или зубным техником), необходимо, чтобы измерительный прибор освещал поверхность зуба слаборасходящимся оптическим излучением, максимально приближенным к естественному освещению (в том числе и по спектру излучения), и регистрировал излучение приёмником, расположенным перпендикулярно к поверхности исследуемого
участка, в малом постоянном телесном угле. При изменении телесного угла будет изменяться собираемость светового потока, что сразу скажется на оценке яркости (светлоты) зуба и, кроме того, на определение цвета зуба иначе скажутся свойства эмали.
4. Предлагаемый способ определения цвета зубов.
На основе концепции по п. 3 был разработан способ определения цвета объектов с диффузно рассеивающей свет внутренней неоднородной средой, который можно реализовать аппаратур-но.
Предлагаемый способ заключается в следующем [3]. На исследуемый участок объекта (зуба) перпендикулярно к его поверхности устанавливается приемный световод и подается оптическое излучение коаксиально относительно этого световода. При этом излучение формируется таким образом, чтобы углы падения световых пучков, проходящих через круг, лежащий в плоскости входного окна световода с центром, совпадающим с геометрическим центром входного окна световода, не превышали некоторый угол а к плоскости выше указанного круга. На выходе световода регистрируется излучение, по спектральным параметрам которого судят о цвете исследуемого участка зуба.
Установка световода на поверхности зуба обеспечивает условие приёма излучения от малого участка зуба (того, который находится под входным окном световода), т.е. выполняется условие регистрации излучения в малом телесном угле (особенно, если регистрировать только определенные пучки, исходящие из выходного окна приёмного световода). При этом обеспечивается также и неизменность этого телесного
угла.
Поэтому, чем больше длина той части световода, которая выходит из окна осветителя, тем меньше максимальная расходимость (т.е. угол а) излучения, падающего на зуб.
Следует отметить, что сделать прибор, полностью удовлетворяющей концепции 3 не удаётся, поскольку приёмный световод закрывает для падающего от осветителя излучения участок зуба, находящийся под его входным окном, где возникает зона частичного затемнения. Но, тем не менее, во входное окно световода поступает рассеянное в дентине и эмали излучение, которое несёт информацию о цвете зуба. Можно было бы подать дополнительное излучение в приёмный световод со стороны его выходного окна и устранить зону частичного затемнения, но, как показали конструкторские проработки, это приводит к существенному усложнению прибора, технологии его сборки и регулировки в условиях серийного производства. Кроме того, появляются дополнительные погрешности, вызванные проникновением на фотоприёмник паразитного отражённого сигнала от входного окна световода и от поверхности зуба.
Экспериментальным путём определяли допустимое значение угла а, при котором прибор мог бы правильно работать как с элементами шкалы цветовых расцветок, так и естественными зубами. В качестве эталонной шкалы использовалась раскраска VITAPAN CLASSICAL SHADEGUIDE. Для установления фактора «правильности» определения цвета в соответствии с выше указанной шкалой были приглашены 3 опытных стоматолога. Было установлено, что угол а не должен превышать 25°.
На основе рассмотренного способа
был разработан прибор - «Анализатор цвета дентальный компьютеризированный «АЦДк-01 «Спектродент». Были получены на него все разрешительные документы. Клинические испытания, которые проводились в ЦЕНТРАЛЬНОМ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ИНСТИТУТЕ СТОМАТОЛОГИИ, в стоматологическом комплексе МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО МЕДИКО-СТОМАТОЛОГИ-
ЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА и в СТОМАТОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИКЛИНИКЕ МЗ РФ, выявили безошибочную работу прибора как с искусственными, так и с естественными зубами в разных зонах исследования зубов.
Следует отметить, что отечественных аналогов нашему прибору нет. Нами исследовались 2 зарубежных аналога.
По сравнению с прибором ShadeEye-EX японской фирмы 8ИОРи, который регистрирует цвет только в одной точке на шейке зуба и при этом не может работать с зубами нижней челюсти (они более прозрачные, чем верхние зубы, что приводит к дополнительной погрешности), наш анализатор определяет цвет в 9 зонах зуба как верхней, так и нижней челюстей. Недостатки японского прибора обусловлены большой расходимостью излучения,
освещающего исследуемый зуб.
По сравнению с прибором SHADEScan канадской фирмы CYNOVAD, для которого существуют «слепые» зоны (зоны недоступные для определения цвета зуба) из-за блеска, вызванного приборной подсветкой зуба и кривизной зуба, у нашего анализатора нет таких «слепых» зон. Кроме того, время измерения нашим прибором составляет несколько секунд, а канадским - 3-5 минут.
ЛИТЕРАТУРА
1. Луцкая И. Психология зрительного ощущения и восприятия в восстановительной стоматологии / И. Луцкая // Клиническая имплантология и стоматология. - 1999. - №2-3. - С.9-10.
2. Синяк М.А. Спектрофотометр: взгляд изнутри / М.А. Синяк // «Publish». -2000. - №2.
3. Способ определения цвета объектов и устройство для его осуществления / Е.И. Чернов, О. Л. Головков, В.К. Леонтьев, В.В. Садовский // Решение о выдаче патента РФ от 10.01.2003 г. по заявке № 2000128124/28(029934).
4. Human tooth as an optical device / V.N.
Grysimov, G.B. Altshuler, V.S. Ermolaev,
I.V. Vitjaz // Holography, Interferometry and Optical Pattern Recognition in Biomedicine: Proc/SPIE. - 1991. -
Vol.1429. - P.95-104.
COMPUTER METHOD TEETH COLOR DETERMINATION
O.L. Golovkov, L.P. Nabatchikova, L.A. Khludeneva, E.I. Chemov
An original method for color determination of objects with light-diffusing inner heterogeneous environment, mainly of teeth and dental materials was investigated.
