Владимир Грисимов

Френелевская оптика и эстетика переднего зуба

 Владимир Грисимов, Жанна Хиора,

Лаборатория оптических технологий НПЦ стоматологии Санкт Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова, учебный центр «Амфодент» (г. Санкт Петербург, Российская Федерация)

Современные методы прямой реставрации зубов по поводу обширных дефектов предусматривают применение не менее двух оттенков композита разной прозрачности, а иногда и разного цвета. Общей схемой таких методов, называемых анатомической биомиметикой, является наложение дентинового, эмалевого и затем прозрачного оттенка в направлении от центра зуба к поверхности. Получаемый при этом цвет реставрированного фрагмента зуба — это цвет 2-3-слойной композиции материалов. При этом цвет реставрации зависит от собственного цвета материалов и толщины слоев. Ошибка в определении толщины слоев может привести к эстетической неудаче в виде «серости» или «переопаченности» реставрации. Поэтому врачу-реставратору необходимы анатомические (топографические) ориентиры при наложении слоев. Фактор толщины слоев имеет особую значимость при реставрации передних зубов по поводу обширных сквозных дефектов классов III и IV по Блэку. Большинство авторов рекомендует придерживаться естественных анатомических границ дентина и эмали. Однако в описываемых клинических примерах эти рекомендации не всегда соблюдаются, и границы моделируемого дентинового тела часто смещаются кнаружи, переходя естественное эмалево-дентинное соединение. Вероятно, это делается из опасения получить серый участок реставрации в области контактной поверхности, где эмаль не проецируется на дентин в вестибуло-оральном направлении. В то же время у естественных передних зубов при отсутствии признаков стертости эмали вестибулярной поверхности цвет этих участков не выглядит особо серым, и создается впечатление, что эмаль проецируется на дентин. Таким образом, кроме собственного цвета, степени прозрачности и толщины эмали и дентина, есть некий фактор, влияющий на эстетику переднего зуба или его реставрационной конструкции.

Материал и методика исследования

Материалом исследования являлись интактные резцы верхней челюсти, удаленные у пациентов 45-50 лет по поводу заболеваний пародонта. Сразу после удаления зубы фиксировали в 40% формалине и через несколько суток освобождали от мягких тканей и зубных отложений, промывали водой со щеткой и мылом. Обработанные таким образом зубы хранили при комнатной температуре в 4% формалине в течение нескольких месяцев. Для исследования было отобрано 10 боковых и 8 центральных резцов.

Извлеченные из формалина зубы промывали водой, вытирали ватным тампоном и помещали в кювету на черную подложку. Проводили фотографирование зубов на воздухе и после заливки иммерсионной жидкостью с показателем преломления n = 1,62. При фотографировании источник света (люминесцентную лампу дневного света) ориентировали таким образом, чтобы зеркальные блики по возможности не попадали в объектив фотоаппарата. После фотографирования из зубов, в которых не были выявлены трещины в области коронок, готовили препараты в виде плоскопараллельных шлифов двух видов. Первый вид — шлифы, плоскость которых проходила через полость зуба на границе режущей и средней трети коронки перпендикулярно его продольной оси (горизонтальные шлифы). Второй вид — шлифы, плоскость которых проходила через полость зуба параллельно вестибулярной поверхности (фронтальные шлифы).

Горизонтальные шлифы толщиной 0,96-0,99 мм были изготовлены из центральных резцов. Их фотографировали на воздухе при падении диафрагмированного лазерного луча на вестибулярную поверхность эмали в плоскости шлифа с целью определить характер распространения света после прохождения границы раздела «воздух – эмаль». Фронтальные шлифы были изготовлены из боковых резцов и имели толщину 0,33-0,35 мм. Шлиф помещали в глицерин на стеклянную подложку и накрывали покровным стеклом толщиной 0,17 мм. Подложка представляла собой нейтральный абсорбционный фильтр с коэффициентом пропускания излучения гелий-неонового лазера 15%. Проводили фотографирование шлифов при пропускании через них (перпендикулярно плоскости) лазерного луча. Использовался лазер ЛГН-207 с мощностью излучения 1-2 мВт. Диафрагма с апертурой диаметром 0,25 мм располагалась приблизительно на расстоянии 8 мм от шлифа. Во всех случаях фотографирования препаратов в качестве источника внешнего освещения использовалась люминесцентная лампа дневного света.

Результаты исследования

На фото 1 и 2 представлен правый боковой резец верхней челюсти, сфотографированный на воздухе соответственно с вестибулярной и небной стороны. На фото 3 и 4 представлен тот же зуб с тех же сторон после погружения в иммерсионную жидкость. При сравнении фото 1, 2 с фото 3, 4 видно, что благодаря погружению в иммерсионную жидкость выявились границы дентинового тела (желтая область коронки, являющаяся продолжением корня). В области режущей и средней трети эмаль приобрела голубовато-серый цвет. Стали более заметны трещины в эмали. На фото 3 в эмали с медиальной стороны видны белесоватые участки, которые представляют собой трещину в эмали (она слабо видна и на фото 1). Белесоватость этих участков, вероятно, обусловлена отложившимся в трещине параформальдегидом — продуктом полимеризации формальдегида. На фото 4 видна эмалево-дентинная граница. Возможно, с медиальной стороны она видна благодаря вышеуказанному параформальдегиду, который по трещине дошел до дентина. Интересно отметить, что в режущей трети коронки дентин, примыкающий к эмалево-дентинной границе, имеет такой же голубовато-серый цвет, как и эмаль. В целом из анализа фото 3 и 4 видно, что в направлении от режущего края к корню эмаль у проксимальных поверхностей коронки становится менее голубой и более желтой. Сканирование лазерным лучом вестибулярной поверхности горизонтальных шлифов показывало преломление света на границе раздела «воздух – эмаль», в результате чего световой поток не мог пройти сквозь эмаль проксимальной поверхности зуба, минуя дентин (фото 5).

Исследование пропускания излучения гелий-неонового лазера через фронтальные шлифы (фото 6) имело целью определить влияние эмали и дентина на проходящий через них свет. Визуально оценивалась интенсивность излучения, прошедшего через шлиф, и степень искажения поперечного сечения лазерного пучка. Наибольшая интенсивность излучения на выходе из шлифа выявлялась при прохождении лазерного света через эмаль и через эмалеводентинную границу в области режущего края (фото 7, 8). Довольно значительная интенсивность излучения наблюдалась при прохождении лазерного света через эмаль проксимальных поверхностей (фото 9, 10). Пропускание света дентином в разных участках было различным. В наиболее светлых участках дентина на выходе из образца интенсивность излучения значительно снижалась, а поперечная форма пучка вытягивалась поперек направления дентинных трубочек (фото 11, 12). В темных участках дентина интенсивность излучения на выходе из шлифа увеличивалась (фото 13). В наиболее темных участках дентина достигался уровень, наблюдаемый после прохождения через эмаль (фото 14).

Обсуждение

Из данных, приведенных на фото 1-5, можно сделать вывод, что некий фактор, о котором сказано в начале статьи и который оказывает влияние на эстетику переднего зуба, — это преломление света на поверхности эмали. Из-за преломления света на границе раздела «воздух – эмаль» свет не может пройти через эмаль, минуя дентин (фото 5). Таким образом, несмотря на то, что эмаль у проксимальных поверхностей не проецируется на дентин в вестибуло-оральном направлении, кривизна граней коронки и преломляющая способность эмали «устраняют» этот геометрический факт. В оптике существует весьма важный для понимания излагаемых здесь явлений закон — закон обратимости. Суть его состоит в том, что все изменения, претерпеваемые пучком света (световым потоком), идущим в каком-то одном направлении, претерпеваются в равной степени и пучком света, идущим в противоположном направлении.3 Отсюда следует, что траектория светового потока от лазерного источника к дентину (фото 5) будет совпадать с траекторией обратного светового потока от дентина к источнику. Поэтому имеет место оптическая проекция эмали на дентин и обратно, и это значит, что световые потоки, исходящие от эмали и подлежащего дентина, сливаются. Таким образом, цвет коронки зуба представляется более или менее гомогенным по всей вестибулярной поверхности (фото 1). Поместив зуб в иммерсионную жидкость, показатель преломления которой соответствует таковому эмали,4 мы исключили преломление света на границе раздела «жидкость – эмаль». Благодаря исключению преломления света световые потоки, исходящие от эмали, которая в вестибуло-оральном направлении не проецируется на дентин, стали идти к наблюдателю самостоятельно, не сливаясь со световыми потоками, исходящими от дентина. Кроме того, погружение зуба в иммерсионную жидкость привело к изменению цвета эмали у режущего края и проксимальных поверхностей нижней половины коронки (фото 3, 4). Причина такого изменения цвета — отсутствие френелевского отражения от небной поверхности и поглощение черной подложкой длинноволновых компонент рассеянного эмалью света. В верхней половине коронки (у шейки зуба), где протяженность эмали в вестибуло-оральном направлении больше, такого изменения цвета нет. Механизмы происхождения данных эффектов в рассеивающей среде подробно изложены нами в предыдущей работе.2

Когда говорят о показателе преломления какой-либо среды, имеют в виду ее абсолютный показатель преломления. Абсолютный показатель преломления среды есть отношение синуса угла падения из воздуха (или вакуума) к синусу угла преломления в среде при условии, что угол падения больше нуля, т.е. отклонен от нормали к границе раздела. Из этого следует, что при падении света под некоторым углом величина его отклонения к нормали в среде прямо пропорционально зависит от величины абсолютного показателя преломления. Следует также отметить, что от величины показателя преломления зависит величина отражения света от границы раздела, для расчета которой используют формулы Френеля. В самом простом случае (при падении света по нормали к границе раздела) формула расчета френелевского отражения (R) имеет вид:

где n1 — показатель преломления среды;
n0 — показатель преломления воздуха (другой среды).

Если показатель преломления эмали близок к значению 1,62, то показатели преломления композитов для восстановления твердых тканей зуба, в частности эмали, гораздо меньше. Нами была проведена приблизительная оценка (до второго знака после запятой) показателей преломления 10 оттенков различных материалов разных фирм, применяемых для реставрации эмали. Исследовались оттенки A1E, B1E композита Филтек Суприм ИксТи (FiltekTM Supreme XT); A1 Филтека Зет250 (Filtek Z250); B3, Incisal композита Эстелайт (Estelite ); GE1 композита Энамел плас ЭйчЭфО (Enamel plus HFO); TN Амарис Транслюцент (Amaris Translucent); A4 композита Гласиосайт (Glasiosite); YE композита Эстет-Икс (Esthet-X); B1 Спектрума ТиПиЭйч (Spectrum TPH). Наименьший показатель преломления оказался у композита Энамел Плас ЭйчЭфО: n = 1,51. Наибольший — у Спектрума ТиПиЭйч: n = 1,56.

Таким образом, материалы, используемые для восстановления эмали, не могут повернуть световой поток, преодолевший границу раздела, на тот же угол, что и естественная эмаль. Кроме того, возможно влияние уменьшения френелевского отражения от небной поверхности реставрированного фрагмента. Если при этом контуры дентинового тела воспроизводятся в естественных границах, то теоретически можно прогнозировать недостаток опаковости у проксимальной поверхности. Вероятно, поэтому фирма МИЧЕРИУМ (MICERIUM), под торговой маркой которой распространяется композит Энамел Плас ЭйчЭфО, рекомендует увеличивать слой дентинового оттенка за счет уменьшения эмалевого слоя.5 Проведенное нами исследование пропускания излучения гелий-неонового лазера через фронтальные шлифы (фото 7-14), по нашему мнению, может служить одним из аргументов в пользу сторонников принципа анатомической биомиметики, т.е. восстановления дентина и эмали в естественных границах. 

Известно, что эмаль и дентин представляют собой рассеивающие, слабо поглощающие среды. С возрастом вследствие процессов минерализации (созревания) оптическая неоднородность эмали уменьшается и, соответственно, уменьшаются ее рассеивающие свойства, а прозрачность увеличивается. При этом можно сказать, что у здоровой зрелой эмали оптические свойства не меняются в направлении от ее поверхности к эмалево-дентинной границе. В отличие от эмали, дентин обладает более выраженной оптической неоднородностью, так как имеет более сложное строение и химический состав. Поскольку дентинные трубочки придают дентину анизотропные свойства, то наибольшее рассеяние света дентином происходит при падении света поперек их направления, а наименьшее — при падении света вдоль их направления.1 Из морфологии дентина известно, что суммарный объем просвета дентинных трубочек у пульпы в несколько раз превышает таковой около эмалево$дентинного соединения, что связано с разной плотностью и разным диаметром трубочек в этих зонах. Поэтому, в отличие от эмали, рассеяние света в дентине увеличивается в направлении от эмали к полости зуба. Относительно малая рассеивающая способность дентина в области эмалево-дентинного соединения становится еще меньше при его возрастном склерозировании.

Изложенные выше оптико-морфологические особенности эмали и дентина подтверждаются в нашем эксперименте (фото 7-14). Дентинные трубочки представленного препарата (фото 6) лежат преимущественно в плоскости шлифа. Поэтому дентин в отраженном свете внешнего источника при оптическом контакте с черной подложкой в целом выглядит светлее эмали. Наиболее светлые участки – это участки, где имеет место наибольшее рассеяние света внешнего источника. В них наблюдается наименьшее пропускание лазерного излучения (фото 11 и 12). При этом проход лазерного луча через шлиф сопровождается изменением формы поперечного сечения пучка — вытягиванием поперек направления дентинных трубочек. Такой вид рассеяния лазерного

излучения на выходе из образца подтверждает регулярность и упорядоченность расположения просветов дентинных трубочек, поскольку имеет вид дифракционной картины. Затемнение того или иного участка дентина может быть обусловлено двумя факторами: 1) отклонением трубочек от горизонтального расположения из-за их S-образного хода; 2) облитерацией просвета трубочек (склерозирование). Оба эти фактора уменьшают рассеивающую способность и повышают прозрачность исследуемого образца. Из фото 13 видно, что более темный участок дентина меньше ослабляет лазерный свет и меньше искажает форму пучка. Скорее всего, это связано с возрастным склерозированием дентина, так как вполне согласуется с голубовато-серым цветом дентина в этой области аналогичного зуба, погруженного в иммерсионную жидкость (фото 3, 4).

Наибольшее пропускание лазерного излучения дентином без искажения формы пучка наблюдалось в наиболее темных участках. На фото 14 представлено прохождение лазерного излучения через склерозированный дентин под эмалью медиальной поверхности коронки. Можно сказать, что прозрачность данного участка дентина превосходит прозрачность примыкающего к нему участка эмали (фото 9). Аналогичный прозрачный участок склерозированного дентина еще большей площади виден под эмалью латеральной поверхности. Сопоставив характер рассеяния-пропускания света в области эмалево-дентинного соединения (фото 8) и склерозированного дентина (фото 14) с голубовато-серым цветом дентина, который выявляется под эмалево-дентинной границей после погружения зуба в иммерсионную жидкость (фото 3, 4), можно сделать вывод, что анатомические границы дентинового тела не совпадают с границами его опаковости. Последние сдвигаются от эмалево-дентинной границы к центру зуба. Таким образом, величины преломления света, поворачивающего световой поток на границе «воздух – эмаль» и обратно, хватает с избытком, чтобы «замаскировать» анатомические границы дентинового тела. Этот избыток можно трактовать как «запас прочности», позволяющий применить искусственную эмаль (композит) с меньшим показателем преломления при реставрации дентинового тела в естественных анатомических границах. Что касается недостатка величины френелевского отражения, то он компенсируется большей рассеивающей способностью эмалевых композитов по сравнению с эмалью зуба.1

Заключение

Достижение желаемого эстетического результата при реставрации зуба зависит не только от профессионального опыта, интуиции и мастерства врача, но и от наличия специальных знаний, помогающих врачу уметь видеть и анализировать увиденное в материальном объекте. В этом отношении особую значимость приобретают знания о взаимной связи эстетических и оптических характеристик зубов и реставрационных материалов. В данной работе мы показали, как преломление света и связанное с ним френелевское отражение во взаимодействии с формой могут влиять на цветовые эстетические параметры переднего зуба или его реставрационной конструкции.

Литература

  1. Грисимов В.Н. Оптико-морфологическое обоснование эстетической реставрации зубов светоотверждаемыми композитами. Автореферат дисс. … докт. мед. наук: 14.00.21 — Стоматология, 01.04.05 — Оптика / СПб гос. мед. ун-т им. И.П.Павлова. —СПб. — 1999.
  2. Грисимов В., Хиора Ж. Эффект гало: направление световых потоков и цветовая палитра // ДентАрт. — 2009. — № 2. — С. 34-40.
  3. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике: Перевод с англ. М.: Мир. — 1978.— 592 с.: ил.
  4. Zijp J.R., ten Bosch J.J., Groenhuis R.A.J. He)Ne laser light scattering by human dental enamel // J. Dent. Res. — 1995. — Vol. 74, № 12. — P. 1891-1898.
  5. The problem … the refraction of light through enamel. http://www.micerium.it/en/indexHRi1.asp.
Поделиться с друзьями: