Владимир Грисимов

Глянец и цвет реставрации

 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)

Полируемость является важным потребительским свойством современных реставрационных материалов. Полированная до «сухого блеска» поверхность легко очищается от зубного налета, не адсорбирует пищевые красители и по своей текстуре соответствует здоровой зрелой эмали зуба. Глянец (лоск, блеск) поверхности реставрации является одним из элементов восстановленной эстетики, и этот элемент тесно связан с двумя другими элементами: макрорельефом и цветом реставрации. Глянцевая поверхность зеркально отражает направленный световой поток, благодаря чему по форме видимых зеркальных бликов можно судить о макрорельефе, который представлен бороздками, ямками, валиками и т.п. образованиями на поверхности зуба. Отсутствие видимых зеркальных бликов от глянцевой поверхности может быть обусловлено двумя обстоятельствами: 1) если отраженный световой поток находится вне поля зрения наблюдателя; 2) если на поверхность падает диффузный световой поток. В отличие от глянцевой поверхности матовая поверхность, имеющая микрорельеф с неровностями более длин волн видимого света, всегда отражает свет диффузно вне зависимости от характера падающего светового потока. Такое оптическое отличие матовой и глянцевой поверхности, т.е. границы раздела оптических сред (воздух — эмаль, воздух — материал), не может не сказаться на восприятии света, диффузно исходящего из объема зубных тканей или реставрационного материала и несущего основную информацию о цвете.

Материал и методика исследования

Проводили два вида исследования. В первом анализировали цифровые изображения передних зубов на компьютере с использованием редактора Джеск Софтвеа Пейнт Шоп Про 9 (Jask Software® Paint Shop Pro 9). При этом оценивали цвет (показатели R, G, B) реставрированного участка вестибулярной поверхности центральных резцов верхней челюсти до и после полировки. Во втором исследовании оценивали спектры отражения образцов полимеризованных светоотверждаемых композитов, изготовленных из полупрозрачных оттенков B2 (по шкале VITA). Каждый образец представлял собой цилиндр с параллельными плоскими основаниями. Одно основание делалось глянцевым, способным зеркально отражать свет, другое — матовым. Диаметр цилиндров составлял 20 мм, высота (толщина образца) — 1,0 и 2,5 мм. Оценка спектров отражения проводилась с глянцевой и матовой поверхности при положении образца на белой подложке. В качестве подложки использовался эталон белого цвета (молочное стекло МС-22). Между образцом и подложкой вносился глицерин с показателем преломления n = 1,47 для осуществления оптического контакта образца с подложкой.

Для получения спектров использовался лабораторный спектрометр, разработанный А. Д. Яськовым и Н. П. Беловым, сотрудниками кафедры твердотельной оптоэлектроники Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики (СПбГУИТМО).1 Спектрометр включает в себя узел приемника излучений с интегрирующей сферой (рис. 1) и измерительный блок. Интегрирующая сфера диаметром 70 мм содержит излучатель — миниатюрную лампу накаливания с ксеноновым наполнением. Лампа установлена внутри интегрирующей сферы и экранирована заслонкой, чтобы исключить прямое попадание излучения от лампы на образец. Интегрирующая сфера имеет многослойное «белое» покрытие с коэффициентом отражения во всем спектральном рабочем диапазоне прибора R = 0,952. Выходное отверстие для установки исследуемого образца (эталона) имеет диаметр 15 мм. Излучение с поверхности образца диаметром примерно 2-2,5 мм попадает на входной торец волоконно-оптического жгута. Диаметр вышеуказанного участка задан апертурным углом волоконно-оптического жгута и расстоянием между его торцом и поверхностью образца (эталона). Отраженный образцом свет через волоконно-оптический жгут вводится в измерительный блок спектрометра. Блок построен на основе полихроматора с простой вогнутой дифракционной решеткой 600 штр/мм. Регистрация излучения проводится линейкой ПЗС-фотоприемников, выходной сигнал с которых обрабатывается электронной системой сбора и обработки данных. Время измерения одного спектра составляет не более 1,5 секунд. Спектрометр обеспечивает измерения коэффициентов отражения в области длин волн 380-760 нм с погрешностью не более ± 0,5%. Измерения проводятся по однолучевой схеме с предварительной калибровкой измерительного тракта по нижнему и верхнему уровню спектра. Нижний уровень спектра калибруется при помощи держателя образцов, имитирующего абсолютно черное тело (АЧТ). Верхний уровень калибруется по эталону диффузного отражения, изготовленному из молочного стекла МС22. Эталон аттестован в Российском центре стандартизации и сертификации (РОСТЕСТ, С.Петербург). Регистрируемые коэффициенты отражения показываются в виде 191 значения для всего диапазона длин волн от 380 нм до 760 нм с шагом 2 нм. Последнее позволяет определить конкретные значения коэффициентов отражения для конкретных длин волн. Специальное программное обеспечение позволяет управлять прибором с помощью персонального компьютера, записывать и сохранять полученную информацию в виде числовых массивов, таблиц и графиков, обрабатывать данные с помощью стандартных математических приложений WINDOWS.

Результаты исследования

На фото 1 представлены резцы верхней челюсти, реставрированные по поводу сочетанных кариозных поражений класса III, IV, V. Вестибулярные поверхности восстановлены полностью композитом Эстет-Икс B2+ и отшлифованы. Толщина материала, наложенного на механически обработанную эмаль центральной части вестибулярных поверхностей, составляет около 1 мм. На фото 2 представлены те же зубы после полировки по стандартной методике. Из сравнения фото 1 и фото 2 видно, что после полировки цвет зубов стал темнее и появились зеркальные блики, наличие которых говорит о приобретении поверхностью глянца. Цветовое отношение R/G/B в области геометрического центра вестибулярной поверхности правого резца до полировки составило 182/181/167, а после полировки — 169/168/147 (при максимально возможных значениях 255/255/255). Размеры области оценки составляли 11 x 11 пикселей при размерах изображения зуба 515 x 380 пикселей. Данные, полученные на спектрометре, показали следующие результаты. Рис. 2 — графики спектров, снятых с эталона (МС-22) и полированной стеклянной пластины черного цвета. Рис. 3 и рис. 4 — спектры отражения, снятые с матовой и глянцевой поверхностей образцов материала (Эстет-Икс B2+), помещенных на белую подложку.

Из рис. 2 следует, что образцы белого и черного цвета представляют собой ахроматические объекты, поскольку линии графиков параллельны оси абсцисс. Из рис. 3 и 4 можно сделать вывод, что отражение света от матовой поверхности вне зависимости от толщины образца больше, чем от глянцевой поверхности. При этом разница коэффициентов отражения больше в коротковолновой области и меньше в длинноволновой области спектра.

Обсуждение

Твердые ткани зуба и реставрационные материалы отражают свет своей поверхностью (границей раздела) и объемом. Свет, отраженный поверхностью, — это собственный свет источника, т.е. его спектральный состав идентичен составу света, падающего на объект. Свет, отраженный объемом, — это свет, который должен войти в объем, преодолев границу раздела, частично поглотиться в зависимости от характера и количества пигмента, рассеяться во всех направлениях и частью, рассеянной назад, вернуться обратно, снова преодолев границу раздела. Таким образом, свет, исходящий из объема, отличается от собственного света источника. Его спектральный состав зависит от степени мутности, наличия и характера пигмента, толщины слоя, а также цвета подложки, если толщина слоя меньше бесконечной.2

Результат спектрофотометрической оценки объекта, в частности реставрационного материала, зависит от устройства узла приемника излучений спектрометра. В данном узле может быть реализована схема регистрации света, исходящего только из объема материала с оптической фильтрацией света, отраженного поверхностью. Для этого на плоскую глянцевую поверхность подается направленный световой пучок, а фотоприемник находится вне зоны распространения светового пучка, отраженного поверхностью.4Например, световой пучок падает под углом 45°, а фотоприемник ориентирован под углом 0°, т.е. по нормали к поверхности. При использовании интегрирующей сферы в фотоприемник попадает свет, отраженный как объемом, так и поверхностью.3 Устройство узла приемника излучений спектрометра, использованного нами (рис. 1), также предусматривает регистрацию суммы световых потоков: от объема и от поверхности. Это обусловлено тем, что на образец падает свет со стенок сферы, т. е. с разных направлений (диффузно). Соответственно, глянцевая поверхность также отражает свет диффузно. Подтверждением сказанному является равновеликое по спектру отражение от стеклянной пластины черного цвета с зеркальным глянцем (рис. 2, нижняя линия). Это отражение, зарегистрированное в количестве 3% от падающего света источника, является отражением от границы раздела «воздух — образец». Учитывая близкие значения показателя преломления стекла и образца материала (порядка 1,5), можно считать, что глянцевая поверхность исследуемого нами реставрационного материала также отражает по всему спектру 3% падающего света. Данное обстоятельство позволяет вычесть эти 3% из сигнала, регистрируемого от глянцевой поверхности образца материала. После вычитания каждая пара спектров отражения, снятых с образца материала, приобретает вид, показанный на рис. 5 и 6.

Произведенная коррекция позволяет аналитически воспроизвести оптическую фильтрацию света, отраженного глянцевой поверхностью. Данную коррекцию нельзя осуществить по отношению к спектральной кривой, снятой с матовой поверхности образца, так как свет, отраженный матовой поверхностью, всегда попадает в фотоприемник (глаз наблюдателя) при любой оптической схеме регистрации.2 После произведенной коррекции данных спектрофотометрии образца материала можно сопоставить спектры, представленные на рис. 5 и 6, с результатами RGB-анализа цифровых изображений передних зубов (фото 1, 2). Поскольку участок в области геометрического центра правого центрального резца находится вне области зеркального блика (фото 2), можно утверждать, что анализируется свет, исходящий, главным образом, из объема. В то же время свет, анализируемый от не полированной поверхности (фото 1), — это сумма световых потоков от объема и поверхности. Следует отметить, что показатели (цветовые стимулы) R, G, B соответствуют конкретным значениям длин волн ( λ) в спектре видимого света.2 Их значения составляют: λR = 700,0 нм; λG = 546,1 нм; λB = 435,8 нм.

Для сопоставления разности каждого значения R, G, B у спектров, снятых с матовой и глянцевой поверхности образца материала, с таковыми цифровых изображений зубов необходимо привести показатели R, G, B изображений к 100-бальной шкале, т.е. разделить каждое значение на 2,55. Тогда разность по каждому показателю цветового баланса изображений составит: ΔR = 5,1; ΔG = 5,1; ΔB = 7,8. Такие значения вполне согласуются со значениями разности коэффициентов отражения по показателям R, G, B спектров, представленных на рис. 5 ( ΔR = 3,2%; ΔG = 3,5%; ΔB = 8,1%) и рис. 6 ( ΔR = 3,3%; ΔG = 4,4%; ΔB = 6,9%).

Сопоставление разности показателей R, G, B изображений и спектров демонстрирует не только меньшую диффузно отражательную способность глянцевого образца по сравнению с матовым, но и другой цветовой баланс. Из графиков, представленных на рис. 3-6, следует, что доминирующие длины волн у представленных образцов находятся в области 590-760 нм, т.е. в оранжево-красной области спектра. У спектров, снятых с глянцевой поверхности, коэффициент отражения в области доминирующих длин волн имеет относительно большую величину по сравнению с коэффициентами отражения других длин волн, особенно в синей области спектра. У спектров, снятых с матовой поверхности, относительная разность между красной и синей областью спектра менее выражена. Аналогичные закономерности были выявлены нами на полупрозрачных оттенках материала Эстелайт Сигма (A3), у которых доминирующая длина волны находилась в менее широком диапазоне красной области спектра (712-718 нм).

Выше было отмечено, что свет, отраженный объемом, дважды преодолевает границу раздела (поверхности реставрации или образца). На границе раздела происходит френелевское отражение в обоих направлениях.2 В случае матовой поверхности имеет место увеличение площади соприкосновения двух сред (воздух — материал). При этом логично ожидать не только увеличения диффузного отражения света источника от матовой поверхности образца обратно в воздух, но и света, рассеянного внутри образца и отраженного границей раздела обратно в образец. Сочетание этих двух оптических явлений должно приводить к уменьшению влияния пигмента материала, задающего его цветовой тон. Поскольку оранжево-красный цветовой тон материала обусловлен поглощением пигментом света, главным образом в синей области спектра, увеличение френелевского отражения света внутрь материала уменьшает выход такого спектрально измененного света из материала. Таким образом, общий спектральный состав света, отраженного от матовой поверхности образца, должен изменить цветовой баланс в пользу коротковолновых компонент спектра, что и было отмечено.

Заключение

Представленное исследование показывает, что микрорельеф поверхности реставрации непосредственно влияет на ее цвет. Отсутствие глянца делает реставрацию более светлой, но менее хроматичной. Наличие глянца, наоборот, уменьшает светлоту и увеличивает хроматичность, т.е. цветность реставрации, которая задается выбранным реставрационным материалом или их комбинацией, их толщиной и цветом подложки.

Благодарность

Авторы выражают благодарность главному врачу клиники «Аполлония» С. В. Радлинскому (г. Полтава, Украина) за предоставленный фотоматериал и профессору СПбГУИТМО А. Д. Яськову (г. Санкт-Петербург, Российская Федерация) за техническую помощь при проведении исследований.

Литература

  1. Белов Н.П., Яськов А.Д., Грисимов В.Н. Лабораторный спек) трометр для исследования коэффициента отражения и оп) ределения параметров цветности диффузно отражающих объектов // Известия высших учебных заведений. Прибо) ростроение (в печати).
  2. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике: Перевод с англ. М.: Мир. —1978. —592 с.: ил.
  3. Powers J.M., Dennison J.B., Lepeak P.J. Parameters that affect the color of direct restorative resins // J. Dent. Res. —1978. —Vol. 57, № 9)10. —P. 876)880.
  4. Seghi R.R. Effects of instrument)measuring geometry on colori) metric assessments of dental porcelains // J. Dent. Res. —1990. —Vol. 69, № 5. —P. 1180)1183.
Поделиться с друзьями: