3種半透性測量指標的比較性研究

熊芳夏輝

1.口腔疾病研究國家重點實驗室，國家口腔疾病臨床研究中心，四川大學華西口腔醫院修復科；

2.口腔頜面外科，成都 610041

·臨床研究·

3種半透性測量指標的比較性研究

熊芳1夏輝2

1.口腔疾病研究國家重點實驗室，國家口腔疾病臨床研究中心，四川大學華西口腔醫院修復科；

2.口腔頜面外科，成都 610041

目的 研究牙科領域中透射率（T）、透射系數（TP）、對比系數（CR）3種常用半透性測量指標的相互關系。方法 制作Vita體瓷和釉瓷試件各6個，起始厚度為1.2 mm，逐漸打磨至1.0、0.8、0.6、0.4、0.2 mm，用PR-650型光譜掃描色度儀分別測量每個厚度下的T值、黑白背景前的顏色參數、黑白背景前的反射率，比較3種半透性測量指標T、TP、CR的關系。結果 T與厚度之間呈指數關系，隨著厚度的減小T值明顯升高；TP值隨試件厚度減小而升高，接近于直線關系；CR值隨試件厚度減小而降低，接近于直線關系。不同厚度試件的T、TP、CR，除釉質瓷1.2 mm組與1.0 mm組的T值無統計學差異外，其余各組結果之間均有統計學差異。3項指標的變異系數（CV）無統計學差異。TP與T、CR與T之間均為指數關系，擬合優度分別為0.951和0.939，具有統計學意義（P<0.05）。結論 在本實驗條件下，T、TP、CR這3種半透性的測量指標具有相同的離散度，T與TP、T與CR均為指數關系，TP和CR的測量結果不能準確地反映不同材料之間半透性差異的大小。

半透性； 透射率； 透射系數； 對比系數； 牙科陶瓷

為了獲得美觀逼真的視覺效果，口腔修復體必須盡可能精確地模擬天然牙的光學性能。除了明度、色相、飽和度顏色三要素以外，天然牙還有許多重要的第二光學特征，如半透性、乳光性、熒光性、表面光澤度等，其中半透性被認為是最重要的第二光學特征[1]。半透性是指穿過混濁介質傳播的光的相對量，或是穿過混濁介質在底物表面漫反射的光的相對量[2]。它的產生是由于材料內部各種物相對光的折射率不同而在相鄰物相以及不同物相之間的界面處發生散射的結果。目前在牙科修復領域中常用的半透性測量方法包括直接法和間接法兩種。直接法即通過測量半透明材料的透射率（transm ittance，T）來反映材料的半透性。使用間接法測量半透性時，最常用的是測量對比系數（contrast ratio，CR）值和透射系數（translucency parameter，TP）值。CR值[3]是指半透性材料在黑色背景前的反射率（YB）與同一材料在白色背景前的反射率（YW）的比值，公式為：CR=YB/YW。TP值[4-5]是指半透性材料在黑白背景前的色差，公式為TP=[（L*B-L*

W）2+（a*

B-a*

W）2+（b*B-b*

W）2]1/2。其中下標B代表在黑色背景下的顏色參數，下標W代表在白色背景前的顏色參數。各種測試方法均有學者運用，但相互之間缺乏可比性。本實驗通過PR-650型光譜掃描色度儀測量了牙科陶瓷在不同厚度時的半透性，并比較了3種半透性測量指標T、TP、CR的關系，有助于對3種指標的理解、選用和不同研究結果間的相互比較。

1 材料和方法

1.1 測量對象

用自制的塑料模具（直徑1.0 mm，厚1.5 mm）制作VITA VMK95烤瓷熔附金屬瓷粉A2體瓷、EN1釉瓷試件各6個，燒結成形，水砂紙由粗至細打磨至1 200目。瓷片試件最終厚度為1.2 mm，直徑約0.8 mm。

1.2 測試方法

采用PR-650型光譜掃描色度儀測量試件的T值、反射率以及在黑白背景前的顏色參數。測量光源為標準A光源（色溫2 856 K），通過PHOTO RESEARCH顏色分析軟件轉換為D65光源（色溫6 500 K）。工作波段為400~760 nm，間隔4 nm掃描一次，照度為20 001×，10°視場，探視頭對要測定的部位進行精確的測量，工作距離95 mm，工作環境溫度18~25 ℃，相對濕度50%~60%。測量在暗室中進行。

用水砂紙將試件順序打磨至1.0、0.8、0.6、0.4、0.2 mm，每個厚度均重復測量T值、反射率和黑白背景前的顏色參數，計算TP值和CR值。在每一次降低厚度的打磨過程中，為了精確控制試件的厚度和保證試件表面形貌盡量一致，采用以下打磨程序：使用600目水砂紙磨除0.12 mm，800目水砂紙磨除0.04 mm，1 000目水砂紙磨除0.02 mm，1 200目水砂紙磨除0.02 mm，共降低厚度0.2 mm。使用螺旋測微器控制厚度，誤差在±0.01 mm。

1.3 統計學分析

采用SPSS 18.0統計軟件對不同厚度的體瓷和釉瓷試件的T值進行兩因素方差分析和兩兩比較；分析不同厚度試件的T值、TP值、CR值的變異系數（coefficient of variation，CV），CV值計算公式：CV=s/X×100%。其中s為標準差，X是均數；對不同參數之間進行曲線擬合分析相互關系。

2 結果

2.1 體瓷和釉瓷試件的光學參數

不同厚度體瓷和釉瓷試件T值、黑白背景前的顏色參數、TP值、反射率、CR值的測量結果見表1。

表 1 不同厚度體瓷和釉瓷試件黑白背景前的顏色參數、T、TP和CR值Tab 1 The chromatic parameters, T, TP and CR of VMK 95 dentin and enamel porcelain at different thickness

由表1可見，T值和TP值隨著試件厚度的減少而增加，CR值隨著試件厚度的減少而減少。對不同厚度的體瓷和釉瓷試件的T、TP值和CR值分別進行兩因素方差分析，結果均有顯著差異（P<0.01）。采用SNK法分別進行兩兩比較，各組之間的TP值、CR值和體瓷試件的T值均有顯著性差異（P<0.05）。不同厚度的釉瓷試件組的T值在1.2 mm組和1.0 mm組之間無統計學差異，其余各組之間有顯著性差異（P<0.05）。

2.2 半透性參數與試件厚度的關系

T、TP、CR與試件厚度間的關系曲線見圖1。T值與厚度之間呈指數關系，隨著厚度的減小T明顯增加；TP值隨試件厚度增加而下降，接近于直線關系；CR值隨試件厚度增加而增加，接近于直線關系。

圖 1 釉瓷試件和體瓷試件厚度與T、TP、CR的關系曲線Fig 1 Relationship between thickness and T, TP, CR of enamel porcelain and dentin porcelain

2.3 半透性參數的CV值

各指標的CV值見表2。將體瓷和釉瓷的3項測量指標的CV值分別進行方差分析，結果表明無論是測量體瓷還是測量釉瓷，T、TP和CR的CV值差異均無統計學意義（P>0.05）。

表 2 測量不同厚度的體瓷和釉瓷試件T、TP、CR的CV值Tab 2 CV of T, TP and CR measuring transm ittance under different specim en thickness

2.4 半透性參數之間的曲線關系

制作TP與T和CR與T的散點圖，并進行曲線擬合（圖2）。由圖2可見，TP與T、CR與T之間均為指數關系，并且檢驗結果均有統計學意義（P<0.05），擬合優度分別為0.951和0.939。

圖 2 T與TP、T與CR的曲線擬合圖Fig 2 Curve evaluation between T and TP, T and CR

3 討論

3.1 材料厚度與半透性之間的關系

根據Rayleigh散射理論[6]，材料的透射率與材料的厚度、基質中顆粒的數量、顆粒的大小、折射率以及入射光波長有關，其中影響因素最大的是材料的厚度。材料的厚度減小，光線穿過材料的路徑就變短，材料對光線的吸收、散射作用都減小，因而透射的光線強度就增大。

O’Keefe等[7]測量分析了厚度分別為1.0、0.75、0.5 mm的飾面瓷，結果表明其透射率分別為1.695%、2.155%、3.050%（入射光波長為470~480 nm）。全瓷底層材料和飾面瓷的CR值與材料厚度呈線性關系，隨著厚度的增加CR值也增加[8]。不同品牌的氧化鋯材料半透性隨材料厚度的增加有明顯下降[9]。全瓷底冠和飾面瓷復合體的TP值隨著厚度增加顯著下降，且受到了底冠厚度的明顯影響[10-11]。對光固化樹脂材料的研究[12-14]也證明，樹脂厚度增加后透光率明顯下降，遮色性能升高。從本實驗結果也可以看出，T值與材料厚度之間存在著明顯的指數關系，符合Rayleigh散射理論，也與透射系數的計算公式相吻合。

由于本實驗使用的體瓷和釉瓷屬于VITA VMK 95系列，均是長石質陶瓷，基本結構相同，因而兩者的厚度與透射率關系曲線非常相似。

3.2 T、TP和CR值的比較

采用直接法測量半透明材料的T值來反映材料的半透性，其主要優點在于測量結果能夠直接反映材料的半透性，是工程材料領域常用的一種測量方法。其缺點是容易受到材料表面狀態的影響，同時由于測量儀器體積的限制，不能進行天然牙的口內測量。

采用間接法測量半透性時，最常用的是測量CR值。這一比值是目前在牙科修復領域使用間接法測量半透性時最為常用的值[8]。CR值在0到1之間變化，越透明的材料其CR值越接近0，越不透明的材料其值越接近1。材料厚度會顯著影響CR值[15]。測量時背景的反射率以及待測材料與背景之間的界面也會影響測量結果[15]。除了CR值外，還有學者[4-5,16]通過TP值來測量材料的半透性，并認為這與通常視覺對半透性的評價相關。間接法最大的優點在于測量方法相對簡單。并且由于測量的是材料的反射光，可用于口腔內天然牙半透性的測量，這是直接法很難達到的。但這種方法也有它的缺點：首先，通過材料的光反射率來表述半透性，所得結果是間接的而不是直接的，在工程材料領域很少采用這種方法；其次，測量結果在很大程度上依賴背景的光學性質，如果背景的吸收率和反射率有所差異，則測量結果也會不同；再次，由于待測材料與背景之間存在界面，勢必會產生光線的折射和反射，從而影響測量結果[15,17]。

在本實驗中，對不同厚度的兩種試件分別測量了T值、TP值和CR值。對結果進行統計分析發現，除了釉質瓷1.2 mm組與1.0 mm組的T值無統計學差異外，其余各組結果之間均有顯著差異，說明在測量不同厚度的陶瓷試件時，T、TP、CR這3項指標均能敏感的反應出半透性的變化。比較T、TP、CR的變異系數，結果無統計學差異，說明三者的離散程度一致。

雖然T、TP、CR具有相同的離散度，但從它們與試件厚度的關系曲線上可以看出有明顯區別。T與厚度呈負相關的指數關系，TP與厚度呈直線負相關，CR與厚度呈直線正相關。這提示如果單純用TP或CR來比較材料的半透性時，可能會產生錯誤的結果。如當釉質瓷的厚度從1.2 mm降到1.0 mm時，TP差值（ΔTP）為8.139，CR差值（ΔCR）為0.115；當釉質瓷的厚度從0.4 mm降到0.2 mm時，ΔTP為9.247，ΔCR為0.060。表面上看ΔTP和ΔCR變化都不大，似乎可以認為釉質瓷的半透性在1.2 mm至1.0 mm之間與0.4 mm至0.2 mm之間的變化率是相同的。但是比較T值就會發現，在厚度從1.2 mm降至1.0 mm時ΔT為1.292%，從0.4 mm降至0.2 mm時ΔT為15.769%，兩者之間有明顯區別，顯然釉質瓷的半透性在1.2 mm至1.0 mm之間與0.4 mm至0.2 mm之間的變化率是不同的。

從TP與T和CR與T的曲線擬合圖中可見TP和CR與T之間均為指數關系，說明用TP和CR來表示材料的半透性有一定局限性。特別是在比較不同透明度的材料之間半透性差異大小的時候，ΔTP和ΔCR并不能很好地與ΔT相吻合，即TP和CR的測量結果不能真實地反映材料半透性差異的大小。但在另一方面，由于間接法可用于天然牙半透性的口內測量，因而在口腔領域有一定的使用價值，不過使用時要意識到TP、CR與T的區別，并認清它們代表的半透性的含義。

通過本實驗可以發現，長石質陶瓷材料的半透性隨著厚度的增加而降低，T值與厚度之間為指數關系。在本實驗條件下，T、TP、CR這3種半透性的測量指標具有相同的離散度，T與TP、T與CR均為指數關系，TP和CR的測量結果不能準確地反映不同材料之間半透性差異的大小。

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（本文編輯 杜冰）

Com parison among three translucency param eters

Xiong Fang1, Xia Hui2. (1. State Key Laboratory of Oral Diseases, National Clinical Research Center for Oral Diseases, Dept. of Prosthodontics, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, China; 2. State Key Laboratory of Oral Diseases, National Clinical Research Center for Oral Diseases, Dept. of Oral and Maxillofacial Surgery, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

ObjectiveThis study aims to compare the three commonly used translucency parameters in prosthodontics: transm ittance (T), contrast ratio (CR), and translucency parameter (TP).MethodsSix platelet specimens were composed of Vita enamel and dental porcelain. The initial thickness was 1.2 mm. The specimens were gradually ground to 1.0, 0.8, 0.6, 0.4, and 0.2 mm. T, color parameters, and reflection were measured by a spectrocolorimeter for each corresponding thickness. T, CR and TP were calculated and compared.ResultsTP increased, whereas CR decreased, with decreasing thickness. Moreover, T increased with decreasing thickness, and exponential relationships were found. Two-way ANOVA showed statistical significance between T and thickness, except between T and the 1.2 mm and 1.0 mm enamel porcelain groups. No difference was found among the coefficient variations (CV) of T, CR and TP. Curve fitting indicated the existence of exponential relationships between T and CR and between T and TP. The values for goodness of fit with statistical significance were 0.951 and 0.939, respectively (P<0.05).ConclusionUnder the experimental conditions, T, TP and CR achieved the same CV. T and TP, as well as T and CR, were found with exponential relationships. The value of CR and TP could not represent the translucency precisely, especially when comparing the changing ratios.

translucent; transmittance; translucency parameter; contrast ratio; dental porcelain

R 783

A

10.7518/hxkq.2017.03.010

Supported by: Science and Technology Support Program of Sichuan Province (2014FZ0073, 2014SZ0019-8). Correspondence: Xia Hui, E-mail: xahu1978@163.com.

2016-07-18；

2017-03-10

四川省科技支撐計劃（2014FZ0073，2014SZ0019-8）

熊芳，副主任醫師，博士，E-mail：xofa@163.com

夏輝，講師，博士，E-mail：xahu1978@163.com