四种数字化牙科比色装置对VITA Classical比色板（含漂白色调）的准确性、可重复性及CIEDE2000（ΔE00）加权误差比较：一项体外研究

《JADA Foundational Science》：Comparative accuracy and repeatability of digital devices for dental shade matching

　　

背景：准确的牙科比色（dental shade matching）对美学成功至关重要。数字化比色装置（digital shade matching devices）已被引入以提高客观性，但测量原理的差异可能影响性能。方法：本体外研究（in vitro study）评估了4种数字化装置的准确性（accuracy）、可重复性（repeatability）和基于明度值的误差（value-based error）：VITA Easyshade V（VITA Zahnfabrik）、OptiShade（StyleItaliano）、Cobra（Borea）和TRIOS 5（3Shape）口腔内扫描仪（intraoral scanner）。对VITA Classical（VITA Zahnfabrik）比色板（shade guide）的全部19个色片（tabs），包括漂白色调（bleached shades），每种装置测量3次。结局指标包括正确色片和色相（hue）识别、可重复性、序数明度值误差（ordinal value errors）和色差加权指标（color-difference–weighted metrics）。分析分别在所有色片和排除漂白色片的情况下进行。结果：观察到装置间存在显著差异。在大多数分析中，OptiShade和Cobra比TRIOS 5和VITA Easyshade V显示出更高的准确性和更小的感知偏差（perceptual deviations）。Cobra是唯一能正确识别漂白色调的装置。即使未实现精确色片识别，OptiShade和Cobra也倾向于选择感知上更接近的色片。VITA Easyshade V尽管准确性较低，但表现出最高的可重复性；而TRIOS 5表现出较低的可重复性。排除漂白色片提高了OptiShade的性能，但对Cobra的性能影响很小。结论：数字化比色装置在性能上存在显著差异。专门为颜色测量设计的装置比基于扫描仪（scanner-based）或点测量系统（point-measurement systems）更倾向于指示感知上更接近真实色片的色片。为什么这重要？准确的比色对美学牙科治疗（esthetic dental treatments）至关重要。本研究表明，数字化比色装置在准确性、可重复性和感知误差（特别是对较浅和漂白色调）方面存在显著差异，突出了装置选择对优化修复和赝复牙科（restorative and prosthetic dentistry）美学结局的重要性。

该研究作者为 Eloah Nunes de Almeida、Alexandre Gagné、Larissa Maria Cavalcante、Luis Felipe J. Schneider、André Luis Faria-e-Silva。准确的牙科比色（dental shade matching，指将修复体颜色与目标牙或比色板匹配）是美学牙科治疗和患者满意度的基础。传统视觉比色（visual shade selection）使用 VITA Classical（VITA Zahnfabrik）和 VITA 3D-MASTER（VITA Zahnfabrik）等标准化比色板（shade guide），因简单和低成本而广泛使用。然而，视觉评估本质主观，受观察者经验、疲劳以及照明和周围颜色等环境因素影响，导致变异性并损害美学结局。为克服这些限制，20世纪70年代将分光光度计（spectrophotometer）和色度计（colorimeter）等仪器颜色测量装置引入牙科，其使用国际照明委员会 L^*a^*b^*（CIELAB）色彩空间提供客观标准化测量，减少主观和环境干扰。既往研究显示仪器方法通常比视觉技术具有更高准确性和再现性。但装置间测量原理、光学设计和数据采集差异可能影响性能。口腔内扫描仪（intraoral scanner）将比色评估整合入三维（3D）模型和颜色数据，提高工作流程效率和技工室沟通，但尤其扫描仪整合版本的准确性和再现性仍需研究。分光光度计虽被认可为参考工具，与较新数字技术的比较证据仍有限。因此，研究人员评估4种装置识别 VITA Classical 比色板正确色片（tab）的准确性和再现性。VITA Easyshade V 是使用光纤光谱反射的点测量分光光度计；OptiShade（StyleItaliano）和 Cobra（Borea）使用带标准化照明和偏振（polarization，限制表面反光的技术）的数字成像；TRIOS 5（3Shape）在扫描过程中从3D数字印模外推颜色数据。零假设为4种装置总体准确性无显著差异，且所有装置在重复测量中显示可比再现性。

关键技术方法概述：研究人员采用体外研究（in vitro study），样本来源为 VITA Classical（VITA Zahnfabrik）比色板全部19个色片，包括漂白色调（bleached shades），无人类受试者队列。色片标识被遮蔽并由独立研究者（A.L.F.S.）随机编号1至19，由单一校准操作者（E.N.A.）对每种装置测量3次，交替循环以减少疲劳和系统偏倚。VITA Easyshade V 按厂商说明用校准座自动校准，探针垂直接触色片中三分之一；Cobra 用 Vision 应用，无需用户校准，内部工厂校准，探针垂直接触；OptiShade 用校准帽校准，经 iPad 应用自动建议最近色片，必要时手动调整；TRIOS 5 用标准口内扫描技术扫描整个表面，在软件中于中三分之一中心选色，软件自动排除背景。所有色片置于18%中性灰背景。色差用 CIEDE2000（ΔE₀₀，色差公式）计算，参数 k_L、k_C、K_H 设为1；TRIOS 5 不提供 L^*、a^*、b^* 值，被排除于 ΔE₀₀ 分析。分析包括全部19个色片和排除0M后16个色片，采用 Wilson 得分区间（Wilson score intervals）、Fleiss κ（机会校正一致性系数）和色片水平 bootstrap 重采样（自助重采样，10,000次）等。

研究结果
各色相组内的准确性（Accuracy within each hue group）：研究人员按色相组（A、B、C、D、0M）统计正确色片识别百分比。Cobra 是唯一正确识别任何0M色片的装置，准确率33.3%。在A组，Cobra 最高（80.0%），其次 OptiShade（46.7%）和 VITA Easyshade V（13.3%），TRIOS 5 未正确识别任何A组色片。在B、C、D组，OptiShade 准确率最高，分别为91.7%、75.0%和66.7%。在B组，Cobra 高于 TRIOS 5（50.0% vs 33.3%）；在D组，TRIOS 5 高于 Cobra（44.4% vs 33.3%）；在C组二者相当（25.0%）。VITA Easyshade V 在这些色相组中准确率最低，范围为11.1%至25.0%。

正确色片识别准确性（Accuracy of shade determination）：研究人员通过正确色片和正确色相识别比例分析。全部19个色片时，Cobra 和 OptiShade 正确色片和正确色相识别准确性最高，且二者无统计学显著差异；TRIOS 5 和 VITA Easyshade V 表现相当，但显著低于 Cobra 和 OptiShade。具体而言，Cobra 正确色片47.4%、正确色相61.4%；OptiShade 57.9%、61.4%；TRIOS 5 19.3%、38.6%；VITA Easyshade V 15.8%、42.1%。排除0M色片后，OptiShade 达到最高准确性，正确色片68.8%、正确色相72.9%，显著优于包括 Cobra 在内的所有其他装置；TRIOS 5 为22.9%和39.6%，VITA Easyshade V 为18.8%和40.0%。对于正确色相识别，TRIOS 5 和 VITA Easyshade V 与 Cobra 无统计学差异。

可重复性（Repeatability）：研究人员以每个色片3次重复读数是否完全一致及 Fleiss κ 评估。全部19个色片时，VITA Easyshade V 倾向于最高重复性，TRIOS 5 最低。VITA Easyshade V 完全一致79.0%、κ=0.848；Cobra 68.4%、κ=0.767；OptiShade 63.2%、κ=0.726；TRIOS 5 52.6%、κ=0.643。仅 VITA Easyshade V 与 TRIOS 5 间有统计学显著差异，其他两两比较未达显著。排除0M后，VITA Easyshade V 为81.2%、κ=0.862；Cobra 和 OptiShade 均为62.5%，κ分别为0.718和0.725；TRIOS 5 为43.8%、κ=0.571。

基于明度值的准确性指标（Value-based accuracy metrics）：研究人员通过序数明度评分（ordinal value scores，从最亮到最暗排序）、±1和±2明度步比例、ΔE₀₀以及绝对误差分数（AES）和相对误差分数（RES）评估。全部色片时，Cobra 和 OptiShade 在±1步内比例最高，分别为71.9%和68.4%，置信区间重叠；±2步内 OptiShade 最高86.0%，Cobra 82.5%。TRIOS 5 和 VITA Easyshade V 的±1步比例较低，分别为38.6%和35.1%，±2步时改善至77.2%和68.4%。ΔE₀₀热图和森林图显示相邻色片比较存在显著差异，装置间数值有变化但模式一致。全数据集中，Cobra 和 OptiShade 的 AES 和 RES 最低，AES分别为1.05和0.93，RES分别为1.09和1.07，置信区间重叠；TRIOS 5 居中（AES=2.02，RES=2.08）；VITA Easyshade V 最高（AES=2.26，RES=2.29）。排除0M后，OptiShade 的 AES 和 RES 最低（0.56和0.73），Cobra 次之（1.13和1.23）；TRIOS 5 和 VITA Easyshade V 仍最高，AES为2.08至2.23，RES为2.19至2.30，较全数据集仅轻微改善。

讨论总结：研究人员指出，该体外研究显示4种数字比色装置性能存在清晰差异，OptiShade 和 Cobra 准确性较高、偏差较小，TRIOS 5 和 VITA Easyshade V 一致性较低、基于明度值的误差较大，因此拒绝所有装置性能等同的假设。按色相分层显示装置设计、校准和数据采集策略影响比色性能。Cobra 在A组最高且唯一识别漂白0M色片，研究人员认为其优势与参考数据库广度和对低彩度光谱反射敏感性有关；OptiShade 在B、C、D组更一致，可能与其校准比色配置和标准化采集条件相关。TRIOS 5 对较亮和漂白色调准确性较低，反映图像基颜色采集在高明度条件下的限制，镜面反射和低彩度区光散射会干扰颜色重建，且依赖操作者定位、角度和照明几何。方法学差异也需考虑：TRIOS 5 使用全表面扫描并在感兴趣区比色，属非接触、区域平均方法，因此其表现下降不能仅归因于图像系统本身。总体而言，OptiShade 排除0M后改善，提示其局限集中在最高明度区；Cobra 在所有数据中相对稳定，研究人员归因于偏振滤光片和专有数据处理算法隔离表面光泽。TRIOS 5 主要用于三维表面采集，比色为辅助功能，颜色输出非直接光谱测量，因此比色准确性可能受限。临床建议对扫描仪来源的比色信息谨慎解释，并在美学要求高时补充其他比色方法。以明度为导向的序数评分被采用，因为明度是牙科中最具感知影响的颜色参数。ΔE₀₀确认 VITA Classical 比色板并非按感知均匀步进，相邻色片ΔE₀₀从1.2（0M1-0M2）至5.7（B2-A2），支持加权分析。序数和ΔE₀₀加权分析一致：排除漂白后 OptiShade 和 Cobra 偏差最小，约1.0至1.2个色片单位；TRIOS 5 和 VITA Easyshade V 超过2个色片单位。即使未精确识别，OptiShade 和 Cobra 通常选择感知更近的替代色片。重复性方面，VITA Easyshade V 高一致但低准确，提示系统偏倚而非随机误差，可能与其点采集和探针定位敏感性有关；TRIOS 5 重复性低，反映图像系统多变。排除0M后重复性下降，说明中间明度色片可能更易采集变异。OptiShade 和 Cobra 重复性中等但临床可接受。研究限制包括仅使用 VITA Classical，未来应纳入 VITA 3D-MASTER；使用标准化色片而非天然牙，未复制水合、半透明和口内照明条件。

研究结论（翻译）：OptiShade 和 Cobra，尤其对于漂白色片，持续表现出更高的准确性以及相对于参考色片更小的感知偏差，而 TRIOS 5 和 VITA Easyshade V 在大多数条件下表现出较低准确性和更大变异性。即使未实现精确色片识别，OptiShade 和 Cobra 也倾向于指示感知上更接近真实色片的色片。相反，VITA Easyshade V 尽管总体准确性较低，但表现出最高的测量可重复性。为克服这些挑战，制造商应专注于优化漂白色彩空间的比色匹配算法，并将标准化偏振照明整合入口腔内扫描仪；而临床医生应采用混合方法，将数字数据与视觉验证相结合，以确保美学成功。