Grundlegende Prinzipien und Techniken der Farbmessung
- Einführung
In der Zahnmedizin sind die richtigen Formen, Farben und Oberflächen die wichtigsten Kriterien für den ästhetischen Erfolg einer Restauration. In der täglichen Praxis steht der Zahnarzt häufig vor der Herausforderung, die Farbe natürlicher Zähne zu bestimmen. Dieses Thema wird von den meisten Zahnärzten und Zahntechnikern seit jeher als heikel angesehen. Die Subjektivität der visuellen Auswahl, die häufig in einer ungeeigneten Lichtumgebung vorgenommen wird, und die Schwierigkeiten der Farbwiedergabe im Labor führen dazu, dass sich die Branche für kolorimetrische, spektrophotometrische Messgeräte oder andere innovative Systeme interessiert, die auf dem Markt immer zahlreicher werden.
- Optische Eigenschaften
2 . 1 – Die vier Ebenen der Farbbestimmung
Die Natur der Lichtquelle ist die erste dieser Ebenen. Voraussetzung ist eine hinsichtlich Intensität und Art geeignete Lichtquelle. Bei schwachem Licht können wir die Form eines Objekts erkennen, aber nicht seine genaue Farbe bestimmen. Durch blaue oder rote Beleuchtung wird die Bestimmung dieses Farbtons völlig verändert. Bei einer solchen Beleuchtung käme es uns lächerlich vor, einen Farbton auszuwählen. Dasselbe gilt allerdings auch für die Beleuchtung durch Glühlampen oder Neonröhren. Sie sind von ganz anderer Natur und verändern unsere Farbwahl im Vergleich zu einer Wahl bei Tageslicht auf schleichende Weise.
Die zweite Ebene ist das beobachtete Objekt. Es kann äußerst komplex sein, die Kombination mehrerer Farben, seine Transparenz und seine Oberflächenbeschaffenheit können die Auswahl erschweren. Das vom Objekt reflektierte oder zum Sensor, dem Auge, durchgelassene Licht hängt von der Art der Quelle ab.
Das Auge ist die dritte Ebene . Einen begrenzten Teil der Photonen fängt es über seine Sinneszellen, die Stäbchen und Zapfen, ein. Dies ist das sichtbare Spektrum. Es überträgt Informationen an das Sehzentrum auf der Ebene des okzipitalen Kortex.
Die vierte und letzte Ebene entspricht dem Okzipitalkortex, wo die übertragenen Informationen gesammelt und analysiert werden.
Es können Anomalien vorliegen, und während sie in bestimmten Berufen, wie etwa bei audiovisuellen Spezialisten, systematisch gesucht werden, werden sie bei Zahnärzten nicht gesucht. Partielle Dyschromatopsie (Farbenblindheit) ist eine Störung des Farbsehens. Am häufigsten kommt es zu einer Verwechslung von Grün- und Rottönen, seltener zu einer Verwechslung von Blau- und Gelbtönen. Schließlich können manche Personen keine Farben unterscheiden, sondern nur Grautöne: Dies ist Achromatopsie.
Doch abgesehen von diesen Voraussetzungen ist es wichtig zu wissen, dass das Sehen seit der Kindheit trainiert wird und dass das Gehirn Bilder vervollständigt, interpretiert und ihnen Bedeutung verleiht. Jeder hat daher eine subjektive Sicht und seine eigene, persönliche Interpretation. Daher ist es notwendig, das Erkennen von Farbtönen zu üben.
2 . 2 – Die drei Eigenschaften der Farbe
2 . 2 . 1 – Helligkeit
( Syn.: Helligkeit, Leuchtdichte oder Wert, englischer Begriff „value“)
Helligkeit ist die Menge des reflektierten Lichts. Wird das gesamte Spektrum des Tageslichts reflektiert, ist das beobachtete Objekt weiß. Wenn nichts reflektiert wird, ist das Objekt schwarz. In diesem Intervall erscheint das Objekt je nach Lichtmenge mehr oder weniger grau. Die Schwierigkeit bei der Auswahl der Helligkeit besteht darin, Farbton und Farbsättigung zu ignorieren. Die auf Licht spezialisierten Zellen sind die Stäbchen.
2 . 2 . 2 – Die Tönung
( Syn.: chromatischer Ton, Farbart, Ton, englischer Begriff „hue“ )
Dieser Farbton ist ausschließlich an die dominante Wellenlänge des reflektierten Lichts gebunden. Es ist Teil des sichtbaren Spektrums ( Abbildung 1 ).
Abbildung 1: Elektromagnetische Strahlung und sichtbares Spektrum
Die Grenze des sichtbaren Spektrums ist von Mensch zu Mensch unterschiedlich, die Extreme können zwischen 380 und 800 Nanometern liegen. Ultraviolett und Infrarot sind nicht sichtbar. Die normalerweise aufgeführten 6 oder 7 Farben sind: Violett (und Indigo) [380–450 nm], Blau [450–490 nm], Grün [490–560 nm], Gelb [560–590 nm], Orange [590–630 nm], Rot [630–800 nm]. Die Blau-Grün-Indigo-Grenze ist schwer zu erkennen. In Wirklichkeit ist die Variation des Farbtons kontinuierlich und diese Unterscheidung völlig willkürlich. Das Auge (Zapfen) ist im grün-gelben Bereich am empfindlichsten und für Rot und Blau weniger empfindlich.
2 . 2 . 3 – Sättigung
( Syn.: Intensität, Dichte der Farbe, im Englischen „Chroma“ )
Dies ist die Tönungsmenge im Material. Um einen Farbton zu verdünnen, fügen Sie einfach Weiß hinzu.
Farbe ist daher die Verbindung dieser drei Eigenschaften: Helligkeit, Farbton und Sättigung. Daher ist es angebracht, zwischen Farbe und Farbton zu unterscheiden, die in der Alltagssprache normalerweise synonym verwendet werden.
- Farbmodellierung und farbmetrische Dimensionen
Zur Klassifizierung dieser Farben werden zwei Systeme verwendet. Das älteste ist das Munsell-System. Heute wird das L*a*b*-System verwendet ( Abbildung 2 ).
CIE L*a*b-System:
Dies ist die chromatische Sphäre. Es verwendet das L*a*b-Farbdarstellungssystem, das von der Internationalen Beleuchtungskommission entwickelt wurde, die für die Gestaltung einer Tabelle von
Standardisierte Farben, die auf einem mathematischen Prinzip basieren und dem Anspruch an Präzision und Objektivität gerecht werden. Dieses System ist eine Weiterentwicklung des vorherigen Systems und wurde entwickelt, um allen modernen industriellen Anwendungen und Anforderungen gerecht zu werden.
L* ist die vertikale Achse, die die Helligkeit quantifiziert; a* und b* sind die rechtwinkligen Farbkoordinaten, wobei die (-a*, +a*)-Achse die Grün-Rot-Achse und die (-b*, +b*)-Achse die Blau-Gelb-Achse ist.
Natürliche menschliche Zähne besetzen einen rhomboidförmigen Raum, der gemeinhin als
“chromatische Banane”
Es handelt sich um einen Bereich hoch oben in der chromatischen Sphäre und ganz in der Nähe der weiß-schwarzen L*-Achse. Dies bedeutet, dass natürliche Zähne sehr hell und entsättigt sind. Darüber hinaus befindet es sich im Quadranten zwischen der +a*-Achse (rot) und der +b*-Achse (gelb): Der chromatische Ton aller natürlichen Zähne ist gelb-orange.
Neben dieser Demonstration ist dieses Modell von erheblichem Interesse: Es ermöglicht uns, einen Farbunterschied zwischen zwei Objekten, bezeichnet als ΔE, einfach auszudrücken. Er entspricht dem Abstand zwischen zwei Farbpunkten in der Kugel und wird durch die Wurzel der Summe der Quadrate der Unterschiede zwischen den Variablen berechnet:
ΔE= [(L* 1 -L* 2 ) 2 + (a* 1 -a* 2 ) 2 + (b* 1 -b* 2 ) 2 ] ½
CIE L*C*H-System:
Gemäß den Empfehlungen einer Konferenz zur Farbmessung in unserem Beruf im Jahr 2003 wäre dieses dritte, von der CIE entwickelte System für unsere Tätigkeit und insbesondere für die Forschung am besten geeignet.
Das System ist identisch mit dem L*a*b-Farbraum, mit der Ausnahme, dass die Position einer Farbe im Raum durch ihre Polarkoordinaten und nicht durch ihre Winkelkoordinaten beschrieben wird.
Ähnlich wie beim L*a*b-Raum ist die Helligkeit L* die vertikale Achse und reicht von null (Schwarz) bis einhundert (Weiß), und die Sättigung c* (Chroma) wird durch den Abstand zwischen dem Farbort und der vertikalen neutralen Achse dargestellt.
Der Farbton wird über einen Winkel von 0° bis 360° gemessen. Winkel von 0° bis 90° stellen Rot-, Orange- und Gelbtöne dar. Von 90° bis 180° stellen sie Gelb, Gelb-Grün und Grün dar. Von 180° bis 270° stellen sie Grün, Cyan (Blaugrün) und Blau dar.
Schließlich repräsentieren sie von 270° bis 360° Blau, Lila, Magenta und kehren dann zurück zu
Rot.
- Optische Eigenschaften der Lichtstrahlung
Wenn Licht auf Materie trifft, können drei Dinge passieren: Energie kann reflektiert, durchgelassen oder absorbiert werden.
- Absorption:
Wenn Licht auf ein Material fällt, wird ein Teil der Strahlung weder reflektiert noch durchgelassen, sondern absorbiert. Es wird dann in Wärme umgewandelt. Jegliche absorbierte Strahlung wird von der wahrgenommenen Farbe abgezogen. Es sind die nicht absorbierten Strahlen, die die Farbe des Objekts sowie seine ergänzenden Eigenschaften bestimmen. Beispielsweise gilt ein Objekt als rot, wenn es alle violetten, blauen, grünen, orangefarbenen und gelben Wellenlängen absorbiert und nur rote reflektiert. Ein Körper, der alle Wellenlängen absorbiert, wird als schwarz wahrgenommen.
- Übertragung:
Diese Phänomene hängen von der Anzahl der im Objekt enthaltenen Partikel und ihrer Größe ab. Sie bestimmen die Transluzenz und umgekehrt die Opazität des Objekts. Ein Material, das keinerlei Transmission zulässt, ist völlig undurchsichtig.
- Brechung ist die Richtungsänderung einer Lichtwelle beim Übergang von einem Medium in ein anderes. Wenn also einfallendes Licht auf ein durchscheinendes Material trifft, werden einige Strahlen reflektiert, während andere durch Richtungsänderung in das Material eindringen. Ein Material, das die Richtung der hindurchtretenden Strahlen nicht ändert, wird als transparent bezeichnet.
- Beugung ist das Phänomen, bei dem Lichtwellen Hindernisse umgehen können, deren Abmessungen ungefähr ihrer Wellenlänge entsprechen.
Dieses besondere Verhalten des Lichts findet sich im natürlichen Zahnschmelz. Es bedingt seine Lichtdurchlässigkeit.
- Streuung ist die Ausbreitung von Lichtstrahlen in einem Strahl in alle Richtungen.
- Reflexion:
Es handelt sich um die Richtungsänderung einer Welle auf einer Oberfläche. Es dringt nicht in die
Medium. Dies tritt auf, wenn die Partikel eines Objekts größer sind als die Wellenlänge des einfallenden Lichts.
- Optische Eigenschaften natürlicher Zähne:
Der Zahn ist ein sehr komplexes zu analysierendes Objekt: Sein optisches Verhalten ist eine Kombination aus vielen Parametern, angefangen bei der Farbe und ihren drei grundlegenden Dimensionen: Helligkeit, Sättigung und Farbton, aber wir müssen auch zusätzliche Parameter wie Transparenz und Transluzenz, Opaleszenz, Fluoreszenz, Oberflächenhelligkeit und Charakterisierungen berücksichtigen. Diese Lichteffekte machen es sehr schwierig, die Zahnstruktur abzubilden, aber sie verleihen dem Zahn sein „natürliches“ Aussehen.
- Transluzenz
Die Transluzenz oder Transparenz eines Materials spiegelt die Tatsache wider, dass ein Teil oder das gesamte einfallende Licht dieses Material durchdringen kann. Die Transluzenz des Dentins beträgt 40 %, die des Zahnschmelzes 70 %.
- Opaleszenz
Unter Opaleszenz versteht man die bläulichen und orangenen Effekte, die oft an den Rändern von natürlichem Zahnschmelz sichtbar sind. Man spricht vom „Opaleffekt“. Wir beobachten, dass der Zahnschmelz bei der Lichtreflexion bevorzugt kurze Wellenlängen reflektiert, was ihm ein bläuliches Aussehen verleiht.
Bei der Lichtdurchlässigkeit hingegen erzeugt der Zahnschmelz ein rot-oranges Aussehen, da er lange Wellenlängen durchlässt.
- Fluoreszenz
Der physikalische Begriff der Fluoreszenz beschreibt die Fähigkeit eines Körpers, der nicht sichtbarer ultravioletter Strahlung ausgesetzt ist, dieses Licht sofort wieder in einem sichtbaren Spektralband mit kurzer Wellenlänge und bläulich-weißer Farbe abzugeben (Abb. 9 a und b). Dentin ist für die Fluoreszenz natürlicher Zähne verantwortlich.
- Die Oberflächenbeschaffenheit natürlicher Zähne kann stark variieren und beeinflusst die Farbwahrnehmung maßgeblich.
- Charakterisierungen sind untrennbar mit der Beschreibung der Farbe eines natürlichen Zahns verbunden. Dabei handelt es sich um spezifische und örtlich begrenzte Farberscheinungen, wie beispielsweise undurchsichtige weiße Flecken einer Demineralisierung.
ZUSAMMENFASSUNG
Dentin ist für die Sättigung, den Farbton und die Fluoreszenz des Zahns verantwortlich, während der Zahnschmelz für die Helligkeit, Verlaufseffekte, Transparenz und Opaleszenz der Schneidekanten verantwortlich ist.
- Bestimmung der Farben durch Spektrophotometrie
Spektralphotometer analysieren die reflektierten Wellenlängen des einfallenden polychromatischen sichtbaren Lichts . Das reflektierte Spektrum wird an vielen Punkten in kleinen Abständen gemessen und mit einer Datenbank verglichen, um auf die Farbe des Zahns zu schließen. Für eine optische Messung werden mehrere Millionen Referenzpunkte an einem Zahn ausgewertet . Diese Geräte sind derzeit die präzisesten und weisen keine Probleme mit der Alterung der Lichtquelle auf.
- Abschluss
Die Analyse und Kommunikation der Farbe natürlicher Zähne hat mit der Entwicklung von Farbskalen mit 3D-Farbanalyse und dem Aufkommen leistungsstarker Spektralphotometer und Kolorimeter enorme Fortschritte gemacht. Es ist weiterhin wichtig zu verstehen, welche Farbe ein natürlicher Zahn hat.
Es geht weit über die Definition einer Grundfarbe hinaus, die dem mittleren Drittel des Referenzzahns entnommen wird. Es geht auch weit über die dreidimensionale Analyse von Farben hinaus, die klassisch in Helligkeit, Sättigung und Farbton unterteilt werden. Es entwickelt sich tief und innig in der Gewebeschichtung des natürlichen Zahns. Dies sind die sechs anderen Dimensionen der Farbe, nämlich Opazität und Transluzenz, Opaleszenz, Fluoreszenz, Perlglanzeffekt, Textur von
Oberfläche und die Charakterisierungen, die berücksichtigt werden müssen, um zu einer perfekten Beschreibung der Natur zu gelangen.
Grundlegende Prinzipien und Techniken der Farbmessung
Weisheitszähne können Infektionen verursachen, wenn sie nicht rechtzeitig entfernt werden.
Zahnkronen schützen durch Karies oder Brüche geschwächte Zähne.
Eine Zahnfleischentzündung kann ein Anzeichen für eine Gingivitis oder Parodontitis sein.
Transparente Aligner korrigieren die Zähne diskret und bequem.
Bei modernen Zahnfüllungen werden biokompatible und ästhetische Materialien verwendet.
Interdentalbürsten entfernen Speisereste zwischen den Zähnen.
Eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr trägt zur Aufrechterhaltung eines gesunden Speichels bei, der für die Zahngesundheit von entscheidender Bedeutung ist.