运用HSB模型评价冷光美白对氟斑牙色相、饱和度及亮度的影响及相关性研究

于阳阳 刘荣 夏霏 颜雅慧 邹冬荣

[摘要]目的：运用HSB模型评价冷光美白对氟斑牙在饱和度、色相和亮度上的改变效果及其相关性。方法：选取华北石油管理局总医院口腔科2017年11月-2019年11月进行冷光美白的110例患者为研究对象，按照氟斑牙指数分为轻、中、重氟斑牙及无氟斑牙四组，应用photoshop软件颜色拾取功能，记录冷光美白前后切牙的色相值H、饱和度值S、亮度值B，计算美白前后的色差值I，对美白前后I、H、S、B及氟斑牙分组进行Pearson相关性分析、双偏量相关分析及多元回归分析。结果：运用HSB模型测量各组与VITA比色片的色差值，与无氟斑牙组相比，美白前后氟斑牙组与比色片色差差异均具有显著统计学意义（P＜0.001）；运用HSB模型测量各组美白前后H、S、B平均值，美白前，四组H、S、B值组间差异具有极显著统计学意义（P＜0.001），无氟斑牙组H值及S值显著低于氟斑牙组，B值高于氟斑牙组，差异具有极显著统计学意义（P＜0.001）；美白后，四组H、S、B值组间差异有极显著统计学意义（P＜0.001），且氟斑牙组H值、B值均较美白前提高，S值较美白前均降低（P＜0.05）。Pearson相关性分析结果，氟斑牙与比色片色差值，美白前与B呈正相关（r=0.827，P＜0.01），与S呈负相关（r=-0.323，P＜0.01）；美白后，与B呈负相关（r=-0.318，P＜0.01），与S呈正相关（r=0.344，P＜0.01）；双偏量相关分析结果，美白后氟斑牙组与比色片的色差值与氟斑牙分组呈正相关（r=0.548，P＜0.001），与H呈正相关（r=0.660，P＜0.001），与S呈负相关（r=-0.301，P=0.002），与B无明显相关（r=-0.101，P=0.298）；多元回归分析结果，以美白后色差值为因变量，以氟斑牙分组、H美白后、S美白后为自变量，构建回归模型，回归方程为I美白后（Y）=55.995×氟斑牙分组（X1）+14.574×H美白后（X2）-3.056×S美白后-129.509。結论：运用HSB模型可以评价冷光美白对氟斑牙色相、亮度及饱和度的影响，且与无氟斑牙相比，氟斑牙与VITA比色片的色差值在美白后增大，与色度及饱和度具有相关性，与亮度无明显相关性。

[关键词]氟斑牙；冷光美白；HSB模型；色差值

[中图分类号]R783.1    [文献标志码]A    [文章编号]1008-6455（2023）08-0151-04

Application of HSB Model to Evaluate the Effect and Correlation of Cold Light Whitening on the Color，Saturation，and Brightness of Dental Fluorosis

YU Yangyang，LIU Rong，XIA Fei，YAN Yahui，ZOU Dongrong

（Department of Oral Medicine，Huabei Petroleum Adiministration Bureau General Hospital，Renqiu 062552，Hebei，China）

Abstract： Objective  To evaluate the effect and correlation of cold light whitening on color， saturation， and brightness of dental fluorosis by HSB model. Methods  110 patients with dental fluorosis who underwent cold light whitening in the Department of Stomatology， Huabei Petroleum Adiministration Bureau General Hospital from November 2017 to November 2019 were selected and divided into light， medium， heavy dental fluorosis groups and control group according to the dental fluorosis index. The color picking function of photoshop was used to record the H， S and B values of incisors before and after cold light whitening， and the color difference values before and after whitening were calculated. Pearson correlation analysis and multiple regression analysis were performed for color difference， H， S， B values and dental fluorosis before and after whitening. Results  The HSB model was used to measure the color difference between each group and compare with the VITA color comparison plate. Compared with the non dental fluorosis group， there was a significant statistical difference in the dental fluorosis group before and after whitening（P＜0.01）. The HSB model was used to measure the average values of H， S， and B in each group before and after whitening. Before whitening， there were significant differences in H， S and B values among the four groups（P＜0.001）. The H value and S value of the non-fluoridated teeth group were significantly lower than those of the fluoridated teeth group， and the B value was higher than that of the fluoridated teeth group， the difference was statistically significant（P＜0.001）. After whitening， there were significant differences in H， S and B values among the four groups （P＜0.001）. In the dental fluorosis group， H value and B value were higher than those before whitening， and S value was lower than those before whitening （P＜0.05）.Pearson correlation analysis results showed that the color difference between dental fluorosis and color slides was positively correlated with B value （r=0.827， P＜0.01） while negatively correlated with S value （r=-0.323， P＜0.01） before whitening. After whitening， it was negatively correlated with B value （r=-0.318， P＜0.01） while positively correlated with S value （r=0.344， P＜0.01）. The results of double bias correlation analysis showed that after whitening， the color difference between the dental fluorosis group and the color comparison plate was correlated with the degree of dental fluorosis and H value ， as a negative correlation with S ， while no significant correlation with B（r=0.548， P＜0.001，r=0.660， P＜0.001，r=-0.301， P＜0.001，r=-0.101， P＞0.05）.Multiple regression analysis results used the color difference value after whitening as the dependent variable， and fluorosis grouping， H whitening， and S whitening as independent variables， construct a regression model. The regression equation was I after whitening （Y） =55.995× X1 （dental fluorosis group） +14.574×X2（H after whitening ） -3.056×S after whitening -129.509. Conclusion  The HSB model can be used to evaluate the effect of cold light whitening on the color phase， brightness， and saturation of dental fluorosis. Compared with non dental fluorosis， the color difference between dental fluorosis and VITA color chips increased after whitening， which is correlated with hue and saturation， but not with brightness.

Key words： dental fluorosis; cold light whitening; HSB model; color difference

目前针对氟斑牙的治疗，有瓷贴面修复[1]、全冠修复、微研磨[2]、渗透树脂、Beyond冷光美白、家庭药物漂白等多种方式可供患者选择。其中，冷光美白技术通过过氧化物对牙齿表面的色斑进行漂白，使色斑自身颜色与周围釉质颜色接近，且临床上操作时间仅30 min即可完成美白过程，美白效果立竿见影，受到患者的青睐。关于美白效果的评价，Vitapan Classical比色板的使用历史最久，使用最为广泛，因此被推荐用于美白疗效的评价[3]。但由于比色是一项主观性强的工作，且部分氟斑牙在Vitapan Classical比色板中找不到对应色标。如何精确地评价氟斑牙美白后在色相、饱和度和明度上改变的效果，评价影响冷光美白术后色差值的因素，是亟待解决的问题。本研究应用HSB模型，通过评价氟斑牙冷光美白前后的色差值与氟斑牙程度及H、B、S值的相关性，構建多元回归模型，为评价氟斑牙冷光美白术后在色相、亮度及饱和度上改变的效果提供数据依据。

1  资料和方法

1.1 研究对象：选取华北石油管理局总医院口腔科2017年11月-2019年11月前来就诊的氟斑牙患者80例，年龄22～40岁，其中男35例，女45例。由两名经过培训的主治医师（统计无差异，无色盲、色弱）依据Dean诊断标准进行分类，其中轻度氟斑牙组30例，中度氟斑牙组32例和重度氟斑牙组18例，选取无氟斑牙患者（牙齿黄染或因工作求学需要进行冷光美白的患者，且无7岁前饮水型氟中毒地区生活史）30例做对照。

1.2 纳入标准：符合氟斑牙的诊断标准，既往未接受过相关治疗，牙釉质基本完整，无大面积实质性损伤，患者治疗依从性良好，对本研究知情同意。

1.3 排除标准：前牙或前磨牙发生大面积龋、牙冠缺损严重、有冠修复治疗史、正接受牙正畸治疗、前牙或前磨牙配戴局部义齿、牙周病、妊娠及哺乳期妇女、精神类疾病等。所有患者均签署冷光美白知情同意书。术前1周均进行龈上洁治术。

1.4 方法：治疗当日先于自然光源下（上午9：00-10：00，下午3：00-4：00））以VITA比色板实施比色，并以数码相机进行常规术前拍照（不使用闪光灯），拍摄口内正面观存档。然后将牙面吹干，涂抹牙龈保护剂，光固化灯照射30 s，使保护剂彻底固化。隔湿、涂抹护唇油，将遮盖面纸戴在患者面部，医师与患者均佩戴护目镜，在患者上、下前牙及第一前磨牙唇侧面仔细涂抹冷光美白剂（美国皓齿），厚度（2.5±0.5）mm。照射时，冷光仪光源尽力贴近牙面，并取垂直角度照射上、下前牙及第一前磨牙唇侧牙面；然后对涂抹的冷光美白剂进行冷光垂直照射，时间8 min，照射结束后将美白剂以强吸管吸除。如此往复3次，即可将牙龈保护剂取下，对牙面实施温水洗洁，再于自然光源下以VITA比色板进行牙比色，并以数码相机再次记录口内正面观并存档。

1.5 HSB模式与色差公式

1.5.1 HSB模型：指Photoshop的颜色模式的模型。色相（Hue）：是从物体反射或透过物体传播的颜色。在0到360度的标准色轮上，色相是按位置度量的；饱和度（Saturation）：是指颜色的强度或纯度，饱和度表示色相中灰成分所占的比例，用从0%（灰色）到100%（完全饱和）的百分比来度量，在标准色轮上，从中心向边缘饱和度是递增的；亮度（Brightness）：通常用从0%（黑）到100%（白）的百分比来度量。

1.5.2 Nickersons色差公式：依据Munsell HVC表色系统。Nickersons色差公式为：I=（S/5）×（2ΔH）+6ΔB+3ΔS，其中，S=（S被比色牙+S比色板色片）/2；ΔH=H被比色牙-H比色板色片；ΔS=S被比色牙-S比色板色片；ΔB=B被比色牙-B比色板色片。

1.5.3 色素的提取：在phtoshop软件中提取患者正面照片，选取2颗上颌中切牙中1/3作为色素的提取区，提取H、S、B值，提取3次，并求取平均值。

1.6 观察指标：将患者2颗上颌中切牙中1/3选定为比色对象，记录2颗牙美白前、后的Vita值。显效：治疗后牙Vita值优化＞5个色系；有效：治疗后牙Vita值优化2～5个色系；无效：治疗后牙Vita值优化色系＜2个。有效率以显效率+有效率计。

1.7 统计学分析：应用SPSS 23.0软件进行统计学分析，计量资料采用x?±s表示。计量资料经方差齐性检验后，进行单因素方差分析；计数资料利用χ2检验进行比较。P＜0.05为差异有统计学意义。

2  结果

2.1 氟斑牙冷光美白术后效果视觉比色法结果：无氟斑牙组有效率为83.3%（25/30），氟斑牙组总有效率75.5%（62/80），以重度氟斑牙组最低，为61.1%（11/18）。无氟斑牙与氟斑牙组间有效率比较差异有显著统计学意义（P＜0.01）。见表1。

2.2 运用HSB模型测量四组冷光美白前后与VITA比色片的平均色差值：美白前，重度氟斑牙组与VITA比色板比色片色差值最大，四组间差异具有极显著统计学意义（P＜0.001）；美白后，无氟斑牙及氟斑牙组色差值均显著提高，其中重度氟斑牙组与VITA比色板比色片色差值最大，且四组组间差异具有极显著统计学意义（P＜0.001）；各组美白前后色差值差异均具有极显著统计学意义（P＜0.001）。见表2。

2.3 运用Photoshop软件中HSB模型测量四组HSB平均值：美白前，四组H、S、B值组间差异具有极显著统计学意义（P＜0.001），无氟斑牙组H值及S值显著低于氟斑牙组，B值高于氟斑牙组，差异具有极显著统计学意义（P＜0.001）；美白后，四组H、S、B值组间差异有极显著统计学意义（P＜0.001），且氟斑牙组H值、B值均较美白前提高，S值较美白前均降低（P＜0.05）。见表3。

2.4 氟斑牙程度与冷光美白前后色差值及H、B、S值的pearson相关性分析结果：美白前，氟斑牙分组与美白前色差值I呈正相关（r=0.741，P＜0.01），与H美白前呈负相关（r=-0.199，P＜0.05），与B美白前呈正相关（r=0.827，P＜0.01），与S美白前呈负相关（r=-0.323，P＜0.01）。美白后，氟斑牙分组与美白后色差值I呈正相关（r=0.689，P＜0.01），与H美白后呈负相关（r=-0.740，P＜0.01），与B美白后呈负相关（r=-0.318，P＜0.01），与S美白后呈正相关（r=0.344，P＜0.01）。

2.5 双量偏相关分析结果：美白后色差值I，在控制H美白后、B美白后及S美白后，与氟斑牙分组呈正相关（r=0.548，P＜0.001）；在控制氟斑牙分组、B美白后及S美白后，与H美白后呈相关（r=0.660，P＜0.001）；在控制氟斑牙分组、H美白后、B美白后，与S美白后呈负相关（r=-0.301，P=0.002）；在控制氟斑牙分组、H美白后、S美白后，与B美白后无明显相关性（r=-0.101，P=0.298）。

2.6 美白后色差值多元回归分析结果：以美白后色差值I为因变量，以氟斑牙分组、H美白后、S美白后为自变量，构建回归模型。回归模型的F=100.776，P＜0.001，复相关系数r=0.860，决定系数R2=0.740，回归方程为I美白后（Y）=55.995×氟斑牙分组（X1）+14.574×H美白后（X2）-3.056×S美白后-129.509。回归标准化残差的标准P-P图，见图1。

3  讨论

关于氟斑牙等着色牙精确比色的方法，一直是困扰临床医师的问题。第一种方法是应用比色板进行视觉比色。Vita3D-Master比色板[4]根据明度分为1～5组，每组中再根据饱和度分为（1、2、3）或中间度（1.5、2.5）5个级别，最后再根据色相分为M（正常）、L（偏黄）和R（偏红）三组，以色彩的三要素—亮度、彩度和色调系统地覆盖整个天然牙色区域，使选色范围更广，也更为科学。既往有学者[5]使用Vitapan Classical比色板进行Beyond冷光美白疗效评估，发现该比色板色标主要集中在色彩空间中正常牙齿所在颜色区域，而变色牙，尤其是重度四环素牙和着色较重的氟斑牙颜色很多都不在这一区域。同样，徐英新等[6]发现近2/3的四环素牙和近1/3的氟斑牙在Vitapan Classical比色板中找不到对应色标，认为比色板不能有效评价牙齿漂白的疗效，其对四环素牙疗效的评价最不可靠，其次是氟斑牙。第二种比色方法，是应用电脑比色仪和分光光度比色仪比色法。有学者[7-8]研究应用Crystaleye电脑比色仪将牙表面色彩转化成数字化信息，测量结果以CIE Lab格式表示，并精确、客观地记录在微电脑中，再经过软件的转换，可以选出与之相匹配的最佳牙色片。此外，有研究[9-10]使用扫描仪和有LED作为照射光源的分光光度仪进行比色，不受光源改变或是探头的影响，显示其可在临床环境中进行精确的颜色测量，可重复性高。但因比色仪昂贵，应用到着色牙比色方面，临床上尚未普及推广。

无论是视觉比色还是比色仪比色，其目的都是尽量缩小比色的色差，使比色更准确。色差是用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别，其依据参考的色彩系统，目前主要有两种计算方法。第一种是两个色样样品都按L、a、b标定颜色，则两者之间的总色差ΔE＝[（ΔL）2+（Δa）2+（Δb）2]1/2。美国国家度量衡局规定的色差的单位称为NBS（National sureau of standards）单位。1个NBS单位大约相当于人眼能分辨色差的平均最小值，色差△E＜1.5时，肉眼很难察觉其颜色的差异。美国国家计量局标准把△E=1.5NBS作为鉴别两色色差的阈值，即把人类肉眼能区分的两种颜色差异的最小色差值定为1.5NBS。第二种，是依据HSB色彩模型计算色差。章加宇[11]研究表明，HSB色彩模型数字化高，重组色彩丰富，色相H（Hue）成360种，每种都称为基本颜色，一种基本颜色中混有白影响色的程度称为饱和度 S（Saturation），混有黑影响色的程度称为亮度 B（Bright），令H在0～359取值，S和B在0～100%取值，即HSB色彩模型0≤H≤359，0≤S≤100%，0≤B≤100%。这个模式定义出360×101×101＝3 672 360种颜色，在数字化意义下谈及HSB模式下的一种颜色，就是在具体谈论一个三元数（H、S、B）。比较此两种计算方法，HSB模式更接近人的视觉原理，因人脑在辨别颜色时，不会把色光分解成R、G、B或者C、M、Y、K，而是按照色相H、饱和度S和亮度B判断，HSB模型更符合人的视觉判断，所以本研究应用Nickersons色差公式和Phtoshop软件来初步评价氟斑牙冷光美白后色差，及其色相、饱和度和明度的变化。

关于评价冷光美白后牙齿在色相、明度和饱和度变化的研究目前较少。朱文昊等[12-13]应用分光光度仪评价非着色牙齿的切牙颈、中、切三部位冷光美白后的变化，发现美白后正常牙齿的色差取决于L、a、b值的共同变化，牙齒漂白后L值升高，a值和b值降低，b值变化幅度最大，其次是L值和a值。颈部b值变化量最大，其次是L值和a值；体部b值变化量与L值相同。相关分析显示，颈部和体部，基线b值与变化量和ΔE均成正相关，即b值越高，Δb越大，色差越大。且另有研究发现[14-15]，对于无氟斑牙的正常牙齿漂白满意程度的主观评价与基线b值明显相关，而不是L或a值，在非着色牙齿漂白时，随着基线b值的增加，b值变化量也增加，两者呈正相关[16-17]。

我们的研究发现：首先，从美白前后的H、S、B变化的情况上，氟斑牙组与无氟斑牙存在很大不同，美白后氟斑牙组H值、B值均较美白前提高，而S值较美白前均降低，以重度氟斑牙为著；其次，经过Pearson及双量偏相关分析表明，美白后的色差值I，与氟斑牙分组、H、S相关，与B无明显相关性。由此，以美白后色差值为因变量，以氟斑牙分组、H、S为自变量，构建回归模型。结果表明氟斑牙程度影响了美白术后的色相和饱和度，从而影响美白术后的即刻效果。然限于本次研究中重度氟斑牙样本量较少，关于氟斑牙组美白前H、S、B的基线值对美白后色差值的影响还有待进一步深入探讨。

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[收稿日期]2023-01-28

本文引用格式：于陽阳，刘荣，夏霏，等.运用HSB模型评价冷光美白对氟斑牙色相、饱和度及亮度的影响及相关性研究[J].中国美容医学，2023，32（8）：151-155.