3种半透性测量指标的比较性研究

熊芳夏辉

1.口腔疾病研究国家重点实验室，国家口腔疾病临床研究中心，四川大学华西口腔医院修复科；

2.口腔颌面外科，成都 610041

·临床研究·

3种半透性测量指标的比较性研究

熊芳1夏辉2

1.口腔疾病研究国家重点实验室，国家口腔疾病临床研究中心，四川大学华西口腔医院修复科；

2.口腔颌面外科，成都 610041

目的 研究牙科领域中透射率（T）、透射系数（TP）、对比系数（CR）3种常用半透性测量指标的相互关系。方法 制作Vita体瓷和釉瓷试件各6个，起始厚度为1.2 mm，逐渐打磨至1.0、0.8、0.6、0.4、0.2 mm，用PR-650型光谱扫描色度仪分别测量每个厚度下的T值、黑白背景前的颜色参数、黑白背景前的反射率，比较3种半透性测量指标T、TP、CR的关系。结果 T与厚度之间呈指数关系，随着厚度的减小T值明显升高；TP值随试件厚度减小而升高，接近于直线关系；CR值随试件厚度减小而降低，接近于直线关系。不同厚度试件的T、TP、CR，除釉质瓷1.2 mm组与1.0 mm组的T值无统计学差异外，其余各组结果之间均有统计学差异。3项指标的变异系数（CV）无统计学差异。TP与T、CR与T之间均为指数关系，拟合优度分别为0.951和0.939，具有统计学意义（P<0.05）。结论 在本实验条件下，T、TP、CR这3种半透性的测量指标具有相同的离散度，T与TP、T与CR均为指数关系，TP和CR的测量结果不能准确地反映不同材料之间半透性差异的大小。

半透性； 透射率； 透射系数； 对比系数； 牙科陶瓷

为了获得美观逼真的视觉效果，口腔修复体必须尽可能精确地模拟天然牙的光学性能。除了明度、色相、饱和度颜色三要素以外，天然牙还有许多重要的第二光学特征，如半透性、乳光性、荧光性、表面光泽度等，其中半透性被认为是最重要的第二光学特征[1]。半透性是指穿过混浊介质传播的光的相对量，或是穿过混浊介质在底物表面漫反射的光的相对量[2]。它的产生是由于材料内部各种物相对光的折射率不同而在相邻物相以及不同物相之间的界面处发生散射的结果。目前在牙科修复领域中常用的半透性测量方法包括直接法和间接法两种。直接法即通过测量半透明材料的透射率（transm ittance，T）来反映材料的半透性。使用间接法测量半透性时，最常用的是测量对比系数（contrast ratio，CR）值和透射系数（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）与同一材料在白色背景前的反射率（YW）的比值，公式为：CR=YB/YW。TP值[4-5]是指半透性材料在黑白背景前的色差，公式为TP=[（L*B-L*

W）2+（a*

B-a*

W）2+（b*B-b*

W）2]1/2。其中下标B代表在黑色背景下的颜色参数，下标W代表在白色背景前的颜色参数。各种测试方法均有学者运用，但相互之间缺乏可比性。本实验通过PR-650型光谱扫描色度仪测量了牙科陶瓷在不同厚度时的半透性，并比较了3种半透性测量指标T、TP、CR的关系，有助于对3种指标的理解、选用和不同研究结果间的相互比较。

1 材料和方法

1.1 测量对象

用自制的塑料模具（直径1.0 mm，厚1.5 mm）制作VITA VMK95烤瓷熔附金属瓷粉A2体瓷、EN1釉瓷试件各6个，烧结成形，水砂纸由粗至细打磨至1 200目。瓷片试件最终厚度为1.2 mm，直径约0.8 mm。

1.2 测试方法

采用PR-650型光谱扫描色度仪测量试件的T值、反射率以及在黑白背景前的颜色参数。测量光源为标准A光源（色温2 856 K），通过PHOTO RESEARCH颜色分析软件转换为D65光源（色温6 500 K）。工作波段为400~760 nm，间隔4 nm扫描一次，照度为20 001×，10°视场，探视头对要测定的部位进行精确的测量，工作距离95 mm，工作环境温度18~25 ℃，相对湿度50%~60%。测量在暗室中进行。

用水砂纸将试件顺序打磨至1.0、0.8、0.6、0.4、0.2 mm，每个厚度均重复测量T值、反射率和黑白背景前的颜色参数，计算TP值和CR值。在每一次降低厚度的打磨过程中，为了精确控制试件的厚度和保证试件表面形貌尽量一致，采用以下打磨程序：使用600目水砂纸磨除0.12 mm，800目水砂纸磨除0.04 mm，1 000目水砂纸磨除0.02 mm，1 200目水砂纸磨除0.02 mm，共降低厚度0.2 mm。使用螺旋测微器控制厚度，误差在±0.01 mm。

1.3 统计学分析

采用SPSS 18.0统计软件对不同厚度的体瓷和釉瓷试件的T值进行两因素方差分析和两两比较；分析不同厚度试件的T值、TP值、CR值的变异系数（coefficient of variation，CV），CV值计算公式：CV=s/X×100%。其中s为标准差，X是均数；对不同参数之间进行曲线拟合分析相互关系。

2 结果

2.1 体瓷和釉瓷试件的光学参数

不同厚度体瓷和釉瓷试件T值、黑白背景前的颜色参数、TP值、反射率、CR值的测量结果见表1。

表 1 不同厚度体瓷和釉瓷试件黑白背景前的颜色参数、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可见，T值和TP值随着试件厚度的减少而增加，CR值随着试件厚度的减少而减少。对不同厚度的体瓷和釉瓷试件的T、TP值和CR值分别进行两因素方差分析，结果均有显著差异（P<0.01）。采用SNK法分别进行两两比较，各组之间的TP值、CR值和体瓷试件的T值均有显著性差异（P<0.05）。不同厚度的釉瓷试件组的T值在1.2 mm组和1.0 mm组之间无统计学差异，其余各组之间有显著性差异（P<0.05）。

2.2 半透性参数与试件厚度的关系

T、TP、CR与试件厚度间的关系曲线见图1。T值与厚度之间呈指数关系，随着厚度的减小T明显增加；TP值随试件厚度增加而下降，接近于直线关系；CR值随试件厚度增加而增加，接近于直线关系。

图 1 釉瓷试件和体瓷试件厚度与T、TP、CR的关系曲线Fig 1 Relationship between thickness and T, TP, CR of enamel porcelain and dentin porcelain

2.3 半透性参数的CV值

各指标的CV值见表2。将体瓷和釉瓷的3项测量指标的CV值分别进行方差分析，结果表明无论是测量体瓷还是测量釉瓷，T、TP和CR的CV值差异均无统计学意义（P>0.05）。

表 2 测量不同厚度的体瓷和釉瓷试件T、TP、CR的CV值Tab 2 CV of T, TP and CR measuring transm ittance under different specim en thickness

2.4 半透性参数之间的曲线关系

制作TP与T和CR与T的散点图，并进行曲线拟合（图2）。由图2可见，TP与T、CR与T之间均为指数关系，并且检验结果均有统计学意义（P<0.05），拟合优度分别为0.951和0.939。

图 2 T与TP、T与CR的曲线拟合图Fig 2 Curve evaluation between T and TP, T and CR

3 讨论

3.1 材料厚度与半透性之间的关系

根据Rayleigh散射理论[6]，材料的透射率与材料的厚度、基质中颗粒的数量、颗粒的大小、折射率以及入射光波长有关，其中影响因素最大的是材料的厚度。材料的厚度减小，光线穿过材料的路径就变短，材料对光线的吸收、散射作用都减小，因而透射的光线强度就增大。

O’Keefe等[7]测量分析了厚度分别为1.0、0.75、0.5 mm的饰面瓷，结果表明其透射率分别为1.695%、2.155%、3.050%（入射光波长为470~480 nm）。全瓷底层材料和饰面瓷的CR值与材料厚度呈线性关系，随着厚度的增加CR值也增加[8]。不同品牌的氧化锆材料半透性随材料厚度的增加有明显下降[9]。全瓷底冠和饰面瓷复合体的TP值随着厚度增加显著下降，且受到了底冠厚度的明显影响[10-11]。对光固化树脂材料的研究[12-14]也证明，树脂厚度增加后透光率明显下降，遮色性能升高。从本实验结果也可以看出，T值与材料厚度之间存在着明显的指数关系，符合Rayleigh散射理论，也与透射系数的计算公式相吻合。

由于本实验使用的体瓷和釉瓷属于VITA VMK 95系列，均是长石质陶瓷，基本结构相同，因而两者的厚度与透射率关系曲线非常相似。

3.2 T、TP和CR值的比较

采用直接法测量半透明材料的T值来反映材料的半透性，其主要优点在于测量结果能够直接反映材料的半透性，是工程材料领域常用的一种测量方法。其缺点是容易受到材料表面状态的影响，同时由于测量仪器体积的限制，不能进行天然牙的口内测量。

采用间接法测量半透性时，最常用的是测量CR值。这一比值是目前在牙科修复领域使用间接法测量半透性时最为常用的值[8]。CR值在0到1之间变化，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。材料厚度会显著影响CR值[15]。测量时背景的反射率以及待测材料与背景之间的界面也会影响测量结果[15]。除了CR值外，还有学者[4-5,16]通过TP值来测量材料的半透性，并认为这与通常视觉对半透性的评价相关。间接法最大的优点在于测量方法相对简单。并且由于测量的是材料的反射光，可用于口腔内天然牙半透性的测量，这是直接法很难达到的。但这种方法也有它的缺点：首先，通过材料的光反射率来表述半透性，所得结果是间接的而不是直接的，在工程材料领域很少采用这种方法；其次，测量结果在很大程度上依赖背景的光学性质，如果背景的吸收率和反射率有所差异，则测量结果也会不同；再次，由于待测材料与背景之间存在界面，势必会产生光线的折射和反射，从而影响测量结果[15,17]。

在本实验中，对不同厚度的两种试件分别测量了T值、TP值和CR值。对结果进行统计分析发现，除了釉质瓷1.2 mm组与1.0 mm组的T值无统计学差异外，其余各组结果之间均有显著差异，说明在测量不同厚度的陶瓷试件时，T、TP、CR这3项指标均能敏感的反应出半透性的变化。比较T、TP、CR的变异系数，结果无统计学差异，说明三者的离散程度一致。

虽然T、TP、CR具有相同的离散度，但从它们与试件厚度的关系曲线上可以看出有明显区别。T与厚度呈负相关的指数关系，TP与厚度呈直线负相关，CR与厚度呈直线正相关。这提示如果单纯用TP或CR来比较材料的半透性时，可能会产生错误的结果。如当釉质瓷的厚度从1.2 mm降到1.0 mm时，TP差值（ΔTP）为8.139，CR差值（ΔCR）为0.115；当釉质瓷的厚度从0.4 mm降到0.2 mm时，ΔTP为9.247，ΔCR为0.060。表面上看ΔTP和ΔCR变化都不大，似乎可以认为釉质瓷的半透性在1.2 mm至1.0 mm之间与0.4 mm至0.2 mm之间的变化率是相同的。但是比较T值就会发现，在厚度从1.2 mm降至1.0 mm时ΔT为1.292%，从0.4 mm降至0.2 mm时ΔT为15.769%，两者之间有明显区别，显然釉质瓷的半透性在1.2 mm至1.0 mm之间与0.4 mm至0.2 mm之间的变化率是不同的。

从TP与T和CR与T的曲线拟合图中可见TP和CR与T之间均为指数关系，说明用TP和CR来表示材料的半透性有一定局限性。特别是在比较不同透明度的材料之间半透性差异大小的时候，ΔTP和ΔCR并不能很好地与ΔT相吻合，即TP和CR的测量结果不能真实地反映材料半透性差异的大小。但在另一方面，由于间接法可用于天然牙半透性的口内测量，因而在口腔领域有一定的使用价值，不过使用时要意识到TP、CR与T的区别，并认清它们代表的半透性的含义。

通过本实验可以发现，长石质陶瓷材料的半透性随着厚度的增加而降低，T值与厚度之间为指数关系。在本实验条件下，T、TP、CR这3种半透性的测量指标具有相同的离散度，T与TP、T与CR均为指数关系，TP和CR的测量结果不能准确地反映不同材料之间半透性差异的大小。

[1] Terry DA, Geller W, Tric O, et al. Anatomical form defines color: function, form, and aesthetics[J]. Pract Proced Aesthet Dent, 2002, 14(1):59-67.

[2] Brodbelt RH, O’Brien WJ, Fan PL. Translucency of dental porcelains[J]. J Dent Res, 1980, 59(1):70-75.

[3] Hasegawa A, Ikeda I, Kawaguchi S. Color and translucency of in vivo natural central incisors[J]. J Prosthet Dent, 2000, 83(4):418-423.

[4] Johnston WM, Ma T, Kienle BH. Translucency parameter of colorants for maxillofacial prostheses[J]. Int J Prosthodont, 1995, 8(1):79-86.

[5] Johnston WM, Reisbick MH. Color and translucency changes during and after curing of esthetic restorative materials[J]. Dent Mater, 1997, 13(2):89-97.

[6] Breeding LC, Dixon DL, Caughman WF. The curing potential of light-activated composite resin luting agents[J]. J Prosthet Dent, 1991, 65(4):512-518.

[7] O’Keefe KL, Pease PL, Herrin HK. Variables affecting the spectral transmittance of light through porcelain veneer samples [J]. J Prosthet Dent, 1991, 66(4):434-438.

[8] Antonson SA, Anusavice KJ. Contrast ratio of veneering and core ceram ics as a function of thickness[J]. Int J Prosthodont, 2001, 14(4):316-320.

[9] Sulaiman TA, Abdulmajeed AA, Donovan TE, et al. Optical properties and light irradiance of monolithic zirconia at variable thicknesses[J]. Dent Mater, 2015, 31(10):1180-1187.

[10] Kursoglu P, Karagoz Motro PF, Kazazoglu E. Translucency of ceram ic material in different core-veneer combinations [J]. J Prosthet Dent, 2015, 113(1):48-53.

[11] Wang F, Takahashi H, Iwasaki N. Translucency of dental ceramics with different thicknesses[J]. J Prosthet Dent, 2013, 110(1):14-20.

[12] An JS, Son HH, Qadeer S, et al. The influence of a continuous increase in thickness of opaque-shade composite resin on masking ability and translucency[J]. Acta Odontol Scand, 2013, 71(1):120-129.

[13] Schmeling M, DE Andrada MA, Maia HP, et al. Translucency of value resin composites used to replace enamel in stratified composite restoration techniques[J]. J Esthet Restor Dent, 2012, 24(1):53-58.

[14] Lassila LV, Nagas E, Vallittu PK, et al. Translucency of flowable bulk-filling composites of various thicknesses[J]. Chin J Dent Res, 2012, 15(1):31-35.

[15] Johnston WM. Review of translucency determ inations and applications to dental materials[J]. J Esthet Restor Dent, 2014, 26(4):217-223.

[16] M ikhail SS, Schricker SR, Azer SS, et al. Optical characteristics of contemporary dental composite resin materials [J]. J Dent, 2013, 41(9):771-778.

[17] Lee YK. Translucency of human teeth and dental restorative materials and its clinical relevance[J]. J Biomed Opt, 2015, 20(4):045002.

（本文编辑 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

四川省科技支撑计划（2014FZ0073，2014SZ0019-8）

熊芳，副主任医师，博士，E-mail：xofa@163.com

夏辉，讲师，博士，E-mail：xahu1978@163.com