Principi e tecniche di base nella colorometria
- Introduzione
In odontoiatria, i criteri principali per il successo estetico di un restauro sono la scelta corretta di forma, colore e finitura superficiale. Nella sua pratica quotidiana, il dentista si confronta spesso con il problema di determinare il colore dei denti naturali. Questo argomento è sempre stato considerato delicato dalla maggior parte dei professionisti e dei protesisti di laboratorio. La soggettività della scelta visiva, spesso esercitata in un ambiente luminoso non appropriato, e le difficoltà di riproduzione del colore in laboratorio, spingono la professione ad interessarsi a strumenti di misura colorimetrici, spettrofotometrici o altri sistemi innovativi sempre più numerosi sul mercato.
- Proprietà ottiche
2 . 1 – I quattro livelli coinvolti nella determinazione del colore
Il primo di questi livelli è la natura della sorgente luminosa . È necessaria una fonte luminosa adeguata, in termini di intensità e tipologia. In condizioni di scarsa illuminazione possiamo distinguere la forma di un oggetto, ma non possiamo determinarne l’esatta tonalità. L’illuminazione blu o rossa modificano completamente la determinazione di questa tonalità. Con questa illuminazione ci sembrerebbe ridicolo scegliere una tonalità. Lo stesso vale però per l’illuminazione con lampade a incandescenza o tubi al neon: la loro natura è molto diversa e modifica insidiosamente la nostra scelta di colore rispetto a una scelta effettuata alla luce del giorno.
Il secondo livello è l’oggetto osservato. Può essere estremamente complesso, combinando diversi colori, la sua trasparenza e le sue condizioni superficiali possono confondere la scelta. La luce riflessa o trasmessa dall’oggetto al sensore, l’occhio, dipende dalla natura della sorgente.
L’occhio è il terzo livello . Cattura una porzione limitata dei fotoni attraverso le sue cellule sensoriali, i bastoncelli e i coni. Questo è lo spettro visibile. Trasmette le informazioni al centro della vista, a livello della corteccia occipitale.
Il quarto e ultimo livello corrisponde alla corteccia occipitale, dove le informazioni trasmesse verranno raccolte e analizzate.
Possono esistere delle anomalie, che vengono sistematicamente ricercate in alcune professioni, come quella degli specialisti audiovisivi, ma non nei dentisti. La discromatopsia parziale (daltonismo) è un disturbo della visione dei colori. La confusione più comune è quella tra le tonalità verde e rosso, meno comune quella tra blu e giallo. Infine, alcuni soggetti non riescono a distinguere alcun colore, ma solo le sfumature di grigio: si tratta dell’acromatopsia.
Ma al di là di queste condizioni, è importante sapere che la vista è allenata fin dall’infanzia e che il cervello completa e interpreta le immagini, attribuendo loro un significato. Ognuno avrà quindi una visione soggettiva e una propria interpretazione personale. È quindi necessario esercitarsi a riconoscere le tonalità.
2 . 2 – Le tre caratteristiche del colore
2 . 2 . 1 – Luminosità
( sin.: luminosità, luminanza o valore, termine inglese “value”)
La luminosità è la quantità di luce riflessa. Se viene riflesso l’intero spettro della luce del giorno, l’oggetto osservato è bianco. Se non viene riflesso nulla, l’oggetto è nero. In questo intervallo, a seconda della quantità di luce, l’oggetto appare più o meno grigio. La difficoltà nella scelta della luminosità sta nel fatto che bisogna ignorare la tonalità e la saturazione della tonalità. Le cellule specializzate nella luce sono i bastoncelli.
2 . 2 . 2 – La tinta
( sin.: tono cromatico, cromaticità, tono, termine inglese “hue” )
Questa tonalità è legata esclusivamente alla lunghezza d’onda dominante della luce riflessa. Fa parte dello spettro visibile ( figura 1 ).
Figura 1: Radiazione elettromagnetica e spettro visibile
Il limite dello spettro visibile varia da individuo a individuo, gli estremi potrebbero essere compresi tra 380 nanometri e 800 nanometri. L’ultravioletto e l’infrarosso non sono visibili. I 6 o 7 colori solitamente elencati sono: viola (e indaco) [380-450nm], blu [450-490nm], verde [490-560nm], giallo [560-590nm], arancione [590-630nm], rosso [630-800nm]. Il confine blu-verde-indaco è difficile da distinguere. In realtà, la variazione di tonalità è continua e questa distinzione è del tutto arbitraria. L’occhio (coni) è più sensibile nella gamma verde-giallo e meno sensibile al rosso e al blu.
2 . 2 . 3 – Saturazione
( sin.: intensità, densità del colore, in inglese “chroma” )
Questa è la quantità di tinta nel materiale. Per diluire una tonalità, basta aggiungere del bianco.
Il colore è quindi l’associazione di queste tre caratteristiche: luminosità, tonalità e saturazione. È quindi opportuno fare una distinzione tra colore e tinta, termini solitamente usati in modo intercambiabile nel linguaggio quotidiano.
- Modellazione del colore e dimensioni colorimetriche
Per classificare questi colori si utilizzano due sistemi. Il più antico è il sistema Munsell. Oggi si utilizza il sistema L*a*b* ( figura 2 ).
Sistema CIE L*a*b:
Questa è la sfera cromatica. Adotta il sistema di rappresentazione dei colori L*a*b, stabilito dalla Commissione Internazionale per l’Illuminazione, responsabile della progettazione di una tabella di
colori standardizzati basati su un principio matematico, capaci di soddisfare la ricerca di precisione e oggettività. Questo sistema è un’evoluzione del sistema precedente, stabilito per soddisfare tutte le applicazioni e le esigenze industriali moderne.
L* è l’asse verticale che quantifica la luminosità; a* e b* sono le coordinate cromatiche rettangolari dove l’asse (-a*, +a*) è l’asse verde-rosso e l’asse (-b*, +b*) è l’asse blu-giallo.
I denti umani naturali occupano uno spazio a forma romboidale comunemente chiamato
“banana cromatica”
Si tratta di un’area alta nella sfera cromatica, piuttosto vicina all’asse L* bianco-nero. Ciò significa che i denti naturali sono molto luminosi e desaturati. Inoltre, si trova nel quadrante compreso tra l’asse +a* (rosso) e l’asse +b* (giallo): la tonalità cromatica di tutti i denti naturali è giallo-arancio.
Oltre a questa dimostrazione, questo modello è di notevole interesse: permette di esprimere facilmente una differenza di colore tra due oggetti, indicata con ΔE, essa corrisponde alla distanza tra due punti di colore nella sfera e si calcola dalla radice della somma dei quadrati delle differenze tra variabili:
ΔE = [(L* 1 -L* 2 ) 2 + (a* 1 -a* 2 ) 2 + (b* 1 -b* 2 ) 2 ] ½
Sistema CIE L*C*H:
Secondo le raccomandazioni di una conferenza del 2003 sulla misurazione del colore nella nostra professione, questo terzo sistema sviluppato dalla CIE sarebbe il più adatto alla nostra attività, e in particolare alla ricerca.
Il sistema è identico allo spazio colore L*a*b, tranne per il fatto che la posizione di un colore nello spazio è descritta dalle sue coordinate polari, anziché dalle sue coordinate angolari.
Simile allo spazio L*a*b, la luminosità L* è l’asse verticale e varia da zero (nero) a cento (bianco), mentre la saturazione c* (croma) è rappresentata dalla distanza tra la posizione del colore e l’asse neutro verticale.
La tonalità viene misurata su un angolo che va da 0° a 360°. Gli angoli che vanno da 0° a 90° rappresentano i colori rosso, arancione e giallo. Da 90° a 180° rappresentano i gialli, i gialli e i verdi, e i verdi. Da 180° a 270° rappresentano i verdi, i ciano (blu-verde) e i blu.
Infine da 270° a 360°, rappresentano i blu, i viola, i magenta, per poi tornare a
rosso.
- Proprietà ottiche della radiazione luminosa
Quando la luce colpisce la materia, possono verificarsi tre cose: l’energia può essere riflessa, trasmessa o assorbita.
- Assorbimento:
Quando la luce incide su un materiale, una parte della radiazione non viene né riflessa né trasmessa, ma assorbita. Poi si trasforma in calore. Ogni radiazione assorbita viene sottratta al colore percepito. Sono i raggi non assorbiti a determinare il colore dell’oggetto e le sue proprietà complementari. Ad esempio, un oggetto è considerato rosso quando assorbe tutte le lunghezze d’onda viola, blu, verde, arancione e gialla e riflette solo quelle rosse. Un corpo che assorbe tutte le lunghezze d’onda viene percepito come nero.
- Trasmissione:
Questi fenomeni dipendono dal numero di particelle incluse nell’oggetto e dalle loro dimensioni. Determinano la traslucenza e viceversa l’opacità dell’oggetto. Un materiale che non consente alcuna trasmissione è completamente opaco.
- La rifrazione è il cambiamento di direzione di un’onda luminosa mentre passa da un mezzo all’altro. Pertanto, la luce incidente che colpisce un materiale traslucido vedrà alcuni dei suoi raggi riflessi, mentre altri penetreranno nel materiale cambiando direzione. Un materiale che non cambia la direzione dei raggi che lo attraversano è detto trasparente.
- La diffrazione è il fenomeno mediante il quale le onde luminose riescono a superare ostacoli di dimensioni approssimativamente uguali alla loro lunghezza d’onda.
Questo particolare comportamento della luce si riscontra nello smalto naturale dei denti. Ne condiziona la traslucenza.
- La diffusione è la propagazione dei raggi luminosi in un fascio in tutte le direzioni.
- Riflessione:
È il cambiamento di direzione di un’onda su una superficie. Non penetra il
mezzo. Ciò si verifica quando le particelle di un oggetto sono più grandi della lunghezza d’onda della luce incidente.
- Caratteristiche ottiche dei denti naturali:
Il dente è un oggetto molto complesso da analizzare: il suo comportamento ottico è la combinazione di molti parametri, a partire dal colore e dalle sue tre dimensioni fondamentali: luminosità, saturazione e tono cromatico, ma bisogna considerare anche parametri aggiuntivi come trasparenza e traslucenza, opalescenza, fluorescenza, luminosità superficiale e caratterizzazioni. Questi effetti di luce rendono molto difficile la mappatura della struttura del dente, ma sono ciò che conferisce al dente il suo aspetto “naturale”.
- traslucenza
La traslucenza o trasparenza di un materiale riflette il fatto che una parte o tutta la luce incidente può passare attraverso il materiale. La traslucenza della dentina è del 40%, mentre quella dello smalto è del 70%.
- Opalescenza
L’opalescenza si riferisce agli effetti bluastri e arancioni spesso visibili sui bordi dello smalto naturale. Si parla di “effetto opale”. Osserviamo che nella riflessione della luce, lo smalto riflette preferibilmente lunghezze d’onda corte, il che gli conferisce un aspetto bluastro.
Mentre nella trasmissione della luce, lo smalto produrrà un aspetto rosso-arancione perché lascia passare le lunghezze d’onda lunghe.
- fluorescenza
Il concetto fisico di fluorescenza è la capacità di un corpo sottoposto a radiazioni ultraviolette non visibili di riemettere immediatamente questa luce in una banda spettrale visibile di lunghezza d’onda corta e di colore bianco-bluastro] (fig. 9 a e b). La dentina è responsabile della fluorescenza dei denti naturali.
- Le condizioni della superficie dei denti naturali possono variare notevolmente e influenzare significativamente la percezione del colore.
- Le caratterizzazioni sono inscindibili dalla descrizione del colore di un dente naturale. Si tratta di aspetti colorati specifici e localizzati, come macchie bianche opache di demineralizzazione.
IN SINTESI
La dentina è responsabile della saturazione, della tonalità del colore e della fluorescenza del dente, mentre lo smalto è responsabile della luminosità, degli effetti di sfumatura, della trasparenza e dell’opalescenza dei bordi incisali.
- Determinazione dei colori mediante spettrofotometria
Gli spettrofotometri analizzano le lunghezze d’onda riflesse della luce visibile policromatica incidente . Lo spettro riflesso viene misurato in molti punti, a piccoli intervalli, e confrontato con un database per dedurre il colore del dente. Per una misurazione ottica, vengono analizzati diversi milioni di punti di riferimento su un dente. Questi dispositivi sono attualmente i più precisi e non pongono alcun problema di invecchiamento della sorgente luminosa.
- Conclusione
L’analisi e la comunicazione del colore dei denti naturali hanno fatto enormi progressi con lo sviluppo di guide colore che incorporano l’analisi del colore 3D e la comparsa di spettrofotometri e colorimetri ad alte prestazioni. È ancora necessario capire qual è il colore di un dente naturale.
Va ben oltre la definizione di una tonalità di base ricavata dal terzo medio del dente di riferimento. Va ben oltre l’analisi tridimensionale del colore, tradizionalmente suddivisa in luminosità, saturazione e tono cromatico. Si sviluppa in profondità, intimamente nella stratificazione del tessuto del dente naturale. Queste sono le altre sei dimensioni del colore che sono opacità e traslucenza, opalescenza, fluorescenza, effetto perlescente, consistenza del
superficie e le caratterizzazioni di cui bisogna tener conto per arrivare ad una descrizione perfetta del naturale.
Principi e tecniche di base nella colorometria
I denti del giudizio possono causare infezioni se non vengono rimossi in tempo.
Le corone dentali proteggono i denti indeboliti da carie o fratture.
Le gengive infiammate possono essere il segno di gengivite o parodontite.
Gli allineatori trasparenti correggono i denti in modo discreto e confortevole.
Le otturazioni dentali moderne utilizzano materiali biocompatibili ed estetici.
Gli spazzolini interdentali rimuovono i residui di cibo tra i denti.
Un’adeguata idratazione aiuta a mantenere sana la saliva, essenziale per la salute dei denti.