CN104869892B

CN104869892B - 使用流探针的菌斑检测

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Publication number: CN104869892B
Application number: CN201380067014.9A
Authority: CN
Inventors: M·W·J·普林斯; J·H·M·斯普瑞特; M·T·约翰森; O·奥宇维尔特杰斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2018-06-26
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: CN104869892A; WO2014097031A1; JP2016512598A; RU2015129796A; BR112015014464A2; US20150282912A1; EP2934287A1

Abstract

一种用于检测在牙齿表面(31，33)上物质(116)的存在的装置(10)，包括近端泵部分(124)和被配置成浸入第一流体(11)中的至少一个远端探针部分(110)。近端泵部分和远端探针部分彼此流体连通。远端探针部分限定具有开放端口的远端尖端(112)以使得第二流体(30)能够穿过其通过。上述装置被配置成使得穿过远端尖端的第二流体的通过基于对与接近表面的一个或多个泡泡相关的信号的测量来使得能够检测可能存在于牙齿表面上的物质(116)，一个或多个泡泡(32，34)由在第一流体中的第二流体生成。对应的检测方法包括经由第二流体介质从表面的流出来探查交互区域的属性。

Description

使用流探针的菌斑检测

技术领域

本公开内容涉及用于检测牙齿表面的的装置。更特别地，本公开内容涉及用以检测牙齿表面的情况的流探针。

背景技术

龋齿或者牙周病被认为是由牙菌斑中存在的细菌引起的传染性疾病。去除牙菌斑对于口腔的健康非常重要。然而，牙菌斑不容易被肉眼识别。已经生产了各种菌斑检测装置以帮助检测牙菌斑和/或龋齿。

大多数牙菌斑检测装置被配置用于由经训练的专业人员来使用，或者利用以下事实：来自牙齿的牙菌斑(和/或龋齿)和非腐烂区域的可见荧光光谱基本上不同。一些牙菌斑检测装置被配置用于由顾客(其中大部分通常不是经训练的牙科专家)在其自己家里来使用以帮助顾客实现很好的口腔卫生。

例如，一种已知类型的牙菌斑装置利用辐照光来照射牙齿材料和牙龈以识别受生物膜感染的区域和牙菌斑区域。这一类型的菌斑检测装置可以使用单色激发光并且可以被配置成检测在2个带440-470nm(例如蓝光)和560-640nm(例如红光)中的荧光；减去强度以揭示牙菌斑和/或龋齿区域。

虽然上述牙菌斑装置适合用于其意图用途，然而它们呈现一个或多个缺陷。具体地，已知眼睛的每个区域吸收不同波长的光，并且如果眼睛吸收太多光，则眼睛可能被损坏。如可以理解的，为了避免可能的眼睛伤害，用户有必要直到菌斑检测装置被适当地放置在嘴巴内部时才开启菌斑检测装置。然而上述装置没有被配置成在菌斑检测装置被放置在嘴巴内部时自动检测。作为其结果，如果没有遵循正确的处理预防(例如客户误使用)，则可能产生会损坏眼睛或者如果被暴露于眼睛则引起不舒服的眩光的潜在有害的照射。另外，这一技术尤其适用于检测旧的菌斑；没有进行牙齿荧光与新的(1天之久的)菌斑荧光之间的区分。

发明内容

本公开内容描述一种通过记录通过探针尖端的流体介质的流出属性来探查牙齿表面的方法。例如可以通过记录作为时间的函数的流体介质的压力来测量从探针尖端流出的流体的属性。来自尖端表面区域的泡泡的释放属性可以表征牙齿表面和/或探针尖端处呈现的牙齿材料的粘弹性属性。该泡泡还可以改善牙刷的菌斑移除速率。

本公开内容的实施例的新颖性特征在最低限度上特征在于：

(a)使得流体介质与表面在探针尖端处接触，以在尖端与表面之间生成交互区域；以及

(b)交互区域中的介质的形状和/或动态取决于表面的属性和/或从表面取得的材料；以及

(c)检测交互区域中的介质的压力和/或形状和/或动态。

由控制者做出关于是否在牙齿的特定牙齿表面检测到超过预定最大可接受或可允许菌斑水平的菌斑水平的确定。

如果做出否定检测，则向具有集成的流探针菌斑检测系统的电动牙刷的用户传输信号以使刷子向相邻牙齿或者其他牙齿前进。

替选地，如果做出肯定检测，则向具有集成的流探针菌斑检测系统的电动牙刷的用户传输信号以继续刷特定牙齿。

因此，本公开内容一方面包括用于检测物质在表面上物质的存在的装置。该装置包括近端泵(例如注射器)部分和被配置成浸入第一流体中的至少一个远端探针部分。至少一个近端泵部分和至少一个远端探针部分彼此流体连通。远端探针部分限定具有开放端口的远端尖端以使得第二流体能够穿过其通过。该装置被配置成使得穿过远端尖端的第二流体的通过基于对与接近表面的一个或多个泡泡相关信号的测量来使得能够检测可能存在于表面上的物质，一个或多个泡泡由第一流体中的第二流体生成。

一方面，信号是与一个或多个泡泡相关的光信号。当表面是疏水性的时，光信号可以检测接近表面的一个或多个泡泡的位置，作为指示接近表面的亲水性物质的存在。一方面，亲水性物质是菌斑。另一方面，表面是疏水性的，并且光信号可以检测接近表面的一个或多个泡泡的位置，作为指示疏水性表面的存在。与形成表面的材料对应的物质是釉质。

另一方面，第二流体是气体，并且与接近表面的一个或多个泡泡相关的信号是与一个或多个泡泡相关的压力信号，并且该装置还包括被配置和被布置成检测压力信号的至少一个压力传感器。压力信号可以使一个或多个泡泡距表面的距离相关。距离可以指示接近表面的亲水性物质的存在。亲水性物质可以是菌斑。

另一方面，距离可以指示接近表面的疏水性物质的存在。疏水性物质可以是釉质。

另一方面，至少一个近端泵部分包括至少一个压力传感器。附加地，至少一个近端泵部分和至少一个远端探针部分每个可以限定共计检测装置的总体积的内部体积，使得检测装置形成声学低通滤波器。

一方面，该装置还可以包括布置在至少一个近端泵部分与至少一个远端探针部分之间的至少一个压力传感部分，其中至少一个压力传感器被布置成与至少一个压力传感部分流体连通以检测压力信号。至少一个近端泵部分、至少一个压力传感部分和至少一个远端探针部分每个可以限定共计检测装置的总体积的内部体积，使得检测装置形成声学低通滤波器。

另一方面，近端泵部分可以包括可移动栓塞，可移动栓塞布置在近端泵部分内并且被配置和被布置成使得可移动栓塞朝着近端泵部分的远端端部相反地可移动离开近端泵部分的近端端部。栓塞的移动从而产生远端探针部分中的压力的变化。该装置还可以包括控制器。控制器可以处理由压力传感器传感的压力读数并且确定压力读数是否指示表面上存在的物质的水平超过物质的预定最大可允许水平的表面。物质可以是牙菌斑。

该装置的另一方面，信号表示至少一个探针部分的应变。上述检测装置还可以包括至少一个应变计，至少一个应变计被配置和被布置在至少一个远端探针部分上以使得至少一个应变计能够检测和测量表示至少一个探针部分的应变的信号。

本公开内容的另一方面包括一种检测在表面上物质的存在的方法，该方法包括：经由限定包括远端探针尖端的内部通道使得流体介质能够穿过其通过的流探针管状构件来：在接近表面布置所述探针尖端，并且使得流探针浸入第一流体介质中；使得第二流体介质流动通过内部通道和远端探针尖端，以及使得第二流体介质在第一流体介质中出现的交互区域中接触表面；以及经由第二流体介质从表面的流出来探查交互区域的属性。

另一方面，探查交互区域的属性可以包括在交互区域中测量第二流体介质的属性。测量第二流体介质的属性包括在交互区域中测量第二流体介质的形状、压力或者动态之一。

另一方面，探查交互区域的属性可以包括在交互区域中测量表面的属性。测量表面的属性可以包括在交互区域中测量表面的粘弹性属性或者表面张力之一。

附图说明

参考以下附图可以更好地理解本公开内容的方面。附图中的部件并非一定按比例绘制，重点在于清楚地说明本公开内容的原理。另外，在附图中，相似的附图标记贯穿若干视图表示对应的部分。

在附图中：

图1图示影响牙齿表面的流探针的一般原理；

图2图示表面张力对于影响牙齿表面的流探针的疏水性表面和亲水性表面的影响；

图3图示来自在水中接触左侧的菌斑表面和右侧的釉质表面的针的气泡的左侧图片和右侧图片；

图4A图示具有泵部分的流探针的本公开内容的一种实施例，泵部分经由管向探针尖端供应连续气流同时测量内部管压力；

图4B图示图4A的具有泵部分的流探针的另一实施例，泵部分经由管向探针尖端供应连续气流同时测量内部泵压力；

图5图示作为时间的函数的图4的注射器的样本压力测量；

图6图示作为图4的探针尖端到各个牙齿表面的距离的函数的样本压力信号幅度；

图7在左侧图示具有来自牙齿表面材料(诸如牙釉质)的堵塞的流探针的一种实施例，在右侧图示未堵塞流探针的一种实施例；

图8在左侧图示图7的未堵塞流探针的样本压力测量与时间的关系，在右侧图示图7的堵塞的流探针的样本压力测量与时间的关系；

图9图示具有聚四氟乙烯尖端的流探针的压力信号与时间的关系；

图10图示被合并到牙齿装置(诸如电动牙刷)中的流探针系统；

图11图示沿着图10的线11-11得到的牙齿装置的刷子的视图，该牙齿装置在刷子的刷毛内的位置处具有流探针尖端；

图12图示图11的刷子的视图的替选实施例，其中流探针尖端从刷子的刷毛向远处延伸。更特别地，

图13图示图10的刷子的一种替选实施例，其包括在包括刷子基座的刷子上的多个流探针；

图14图示图13的刷子的另一视图；

图15图示图13的刷子的另一视图；

图16图示图10的刷子的另一替选实施例，其包括在包括刷子基座的刷子上的多个流探针；

图17图示图16的刷子的另一视图；

图18图示图13的刷子的另一视图；

图19图示包括第一流探针的一种流探针操作装置；

图20图示包括第二流探针的另一流探针操作装置；以及

图21图示在操作上连接至操作图19和20的流探针操作装置的公共轴的电机。

具体实施方式

本公开内容描述涉及特别地通过通知用户他们是否的确从他们的牙齿上去除牙菌斑以及他们是否完全去除牙菌斑来帮助用户清洁其牙齿(以向他们提供安慰和训练他们形成良好的习惯)的系统、设备和方法的各种实施例。在一种实施例中，在刷牙期间实时地提供信息，因为否则客户接受程度很可能很低。例如，很有用的是，牙刷在用户刷牙的位置很干净时给予用户信号，因此他们可以移动到下一牙齿。这可以降低他们刷牙的时间，但是也会产生更好的、更有意的刷牙例程。

本公开内容的实施例的使用的特定目的是能够检测被牙膏泡沫围绕的振动刷系统(例如Philips Sonicare^TM牙刷(由Koninklijke Philips Electronics,N.V.制造))内的菌斑。检测系统应当提供具有较厚的可移除菌斑层的表面与更清洁的薄膜/牙垢/薄的菌斑/牙齿表面之间的对比。

图1图示根据本公开内容的一种实施例的使用流探针10来检测在表面上物质(例如诸如表面上的牙菌斑等物质(诸如牙釉质))的存在的方法。被示例性地图示为柱形管状构件的流探针10限定内部通道15和远端探针尖端12。内部通道15包含流体介质14，例如气体。探针尖端12被放置在表面13(例如牙齿表面)附近。探针10浸入流体介质11(例如水溶液，诸如牙齿清洁溶液)中。探针流体介质14流动通过探针通道15并且在交互区域17中接触表面13。交互区域17的属性经由探针介质14的流出来探查。

如下面参考图10更详细地描述的，具有集成的流探针菌斑检测系统的电动牙刷被配置成使得流体介质114与表面13(例如牙齿表面)在探针尖端12处接触，以在远端尖端12与表面13之间生成交互区域17。

交互区域17中的介质14的形状和/或动态取决于表面13的属性和/或从表面13取得的材料，检测交互区域17中的介质14的压力和/或形状和/或动态，并且由控制器来做出关于是否在特定牙齿表面13处检测到预定最大可接受菌斑水平的确定，如下面关于图10更详细地描述的。

更特别地，当介质14为气体30时，气体弯月形物会出现在尖端12处并且会变为与表面13接触。尖端处气体的形状和动态取决于探针尖端12的属性(例如尖端材料、表面能量、形状、直径、粗糙度)、溶液11的属性(例如材料组成)、介质14的属性(例如压力、流速)和表面13的属性(例如粘弹性属性、表面张力)和/或从表面13取得的材料(例如粘弹性属性、到表面的粘附性、纹理等)。

图2图示表面张力的影响。在具有高表面能量的表面的情况下，例如亲水性表面31，诸如左侧图片中图示的菌斑的表面，气体30不容易将水性介质11从表面31移位。

在具有低表面能量的表面的情况下，例如疏水性表面33，诸如右侧图片中图示的牙齿的釉质表面，气体30更容易将水性介质11从表面33移位。泡泡32和34的属性(形状、压力、释放速率等)取决于牙齿表面31或33的表面张力。也就是，流探针110被配置成使得穿过远端尖端112的第二流体(诸如气体30)的通过基于对与接近表面31或33的一个或多个泡泡32或34相关的信号的测量来使得能够检测可能存在于表面31或33上的物质，一个或多个泡泡32或34由在第一流体(诸如水性介质11)中的第二流体(诸如气体30)生成。

图3图示来自水性溶液11(例如水)下面的流探针10的这样的类型的气泡32和34的图片。如左侧图片图示的，气泡32没有粘附在潮湿的菌斑层31上，而如右侧图片图示的，气泡34的确粘附在釉质表面33上，示出菌斑层31与釉质表面33相比更具有亲水性。

图4A、4B和图5图示根据本公开内容的一种实施例的用于检测在表面上物质的存在的检测装置，其中检测装置通过流探针来例示，流探针包括压力传感器，压力传感器用以证明通过压力传感和测量来进行菌斑检测的原理。更特别地，在图4A中，流探针100包括近端泵部分124(诸如所示出的管状注射器部分)、中央压力传感部分120(其示例性地具有如所示出的管状配置)、以及远端探针部分110(其也示例性地具有如所示出的管状配置并且限定远端探针尖端112)。远端管状探针部分110限定第一长度L1和第一横截面区域A1，中央压力传感管状部分120限定第二长度L2和第二横截面区域A2，而近端管状注射器部分124限定第三长度L3和第三横截面区域A3。近端管状注射器部分124包括初始被布置在近端端部124'附近的相反地可移动的栓塞126。当栓塞在径向上以恒定速度沿着长度L3移动并且远离近端端部124'时，由栓塞126通过中央压力传感部分管状部分120来向探针尖端112供应空气的连续的流体流130。当流体流130是气体时，通过栓塞126(诸如经由栓塞126(参见图4B中的栓塞126')中的孔径128)或者从将中央压力传感管状部分120连接至探针尖端112的分支连接件122来供应气体的连续的流130。当栓塞126沿着长度L3朝着近端管状注射器部分124的远端端部124”移动时，使用经由分支连接件122与中央压力传感管状部分120和远端管状探针部分110流体连通的压力计P来测量中央压力传感管状部分120内部的压力。当栓塞126移动时，压力计P处的压力与时间的关系表征探针110的尖端112处的气体半月形物与表面的交互(参见图1的表面13以及图2和3的表面31和33)。对于泡泡方法，压力差通常恒定，这表示泡泡尺寸变化并且因此泡泡速率随着恒定的栓塞速度变化，这是因为系统中的体积变化。

图5图示使用图4A的流探针10的、作为时间的函数(1除号与秒对应)的压力信号(以牛顿/平方米，N/m²来测量)的示例。由探针尖端112处气泡的规则释放来引起信号的规则变化。

可以通过仔细地选择部件的尺寸来增加压力读数的敏感性。来自管120和注射器124二者连同探针110的总体积V1(等于A1x L1)加上体积V2(等于A2x L2)加上体积V3(等于A3x L3)形成声学低通滤波器。在图4A的示例性流探针100中，横截面区域A3大于横截面区域A2，横截面区域A2又大于横截面区域A1。应当将系统中的气流阻抗设计得足够小以具有很好得系统响应时间。当记录泡泡产生的压力差时，泡泡体积与总的系统体积之比应当足够大以由于探针尖端112处的气泡释放而具有充分的压力差信号。另外，必须考虑与管120以及探针110的壁交互的压力波的热粘性损失，因为它们可能导致信号损失。

在图4A中图示的流探针100中，作为示例，三个体积彼此不同。然而，三个体积可以彼此相等，或者泵体积可以小于探针体积。

图4B图示根据本公开内容的流探针的替选实施例。更特别地，在流探针100'中，图4A中的流探针100的中央压力传感部分120被省略，并且流探针100'仅包括近端泵部分124和远端探针部分110。压力传感器P1现在示被例性地定位在栓塞126'处以经由栓塞126'中的孔径128来传感近端泵部分124中的压力。替选地，压力传感器P2可以在机械连接件230处被定位在远端探针部分110中。

按照与关于图4A中的流探针100所描述的类似的方式，在如图示的图4B中，近端泵部分124的体积V3可以大于流探针100'中的远端探针部分110的体积V1。替选地，这两个体积可以彼此相等，或者体积V3可以小于体积V1。

替选地，可以在远端探针110的外部表面上布置应变计132。应变计132还可以布置在近端泵部分124的外部表面(未示出)上。可以直接读取由应变计132传感的应变读数，并且将其转换成作为时间的函数的压力读数，以产生与图5类似的读出，作为用以确定探针尖端112处的气泡释放的替选方法。

图6示出针对不同表面测量的、作为探针尖端112与图1的表面13或者图2的表面31和33之间的距离d1或者d2的函数的压力幅度数据。使用内部直径为0.42mm的塑料针。清楚的差异在最远0.6mm的距离处可见，其中最疏水性表面(聚四氟乙烯)给出最大压力信号，而最亲水性表面(菌斑)给出最低信号。

图1-图6已经描述了检测在表面上物质的存在的第一方法，其包括测量来自尖端的泡泡释放(通过压力和/或压力变化和/或泡泡大小和/或泡泡释放速率)作为检测例如探针尖端112处的牙菌斑的方法。如以上关于图1和图2和图6所描述的，探针尖端112被定位在距表面(诸如图1的表面13或者图2的表面31和33)的距离d1或d2处。

应当注意，虽然已经关于第二流体为气体(诸如空气)描述泡泡生成和检测方法，然而该方法在第二流体为液体(其中产生水滴而非气泡)时也可以有效。

附加地，该方法可以受到可变流出的测量和恒定压力的影响。

在根据本公开内容的实施例的检测物质在表面上的存在的第二方法中，图7图示图4的探针110的探针尖端112的堵塞的影响。图7中图示的探针110'与图4和6中的探针110的不同之处在于，探针110'包括具有开放端口的有倒角的或者斜面的远端尖端112'，其关于水平表面310以角度α被倒角，使得在远端尖端112'接触表面310时实现穿过远端尖端112'的第二流体的通过。开放端口的倒角的角度α使得穿过远端尖端112'的第二流体的通过在远端尖端112'接触表面31或33和物质116(诸如粘弹性材料116)时至少部分被阻塞，至少部分阻塞穿过远端尖端112'的开放端口的流体的通过。通常需要至少两个探针110'来检测流体通道的阻塞。

替选地，使用图1、图2、图4A或图4B的探针尖端112，探针尖端112没有具有倒角或斜面的端部并且被简单地以某个角度(诸如角度α)保持到表面31或33。

如图7的左侧部分所示，当探针尖端112'变为被来自远端表面31的粘弹性材料116堵塞时，与在探针尖端112'没有被堵塞并且在尖端112'或牙齿表面33处没有牙齿材料时相比，气体30会不太容易流出尖端112'，如图7的右侧部分所示。

图8图示在没有菌斑的釉质上移动(如左侧所示)并且在具有菌斑层的样本上移动(如右侧所示)的探针尖端(例如具有斜角的金属针)的压力信号。如果存在菌斑，则可以传感归因于通过菌斑阻塞针开口而产生的右侧部分可见的压力的增加。

图9图示来自在水、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、具有菌斑和水的PMMA上移动的聚四氟乙烯尖端的气流的压力信号。尖端在水、PMMA和具有菌斑的PMMA上移动(从左至右)并且在水上再次移动。至于尖端运动的说明，参见图3的示例。

在参考本文中的压力差时，应当考虑以下内容。在图8中，当左侧面板的压力增加时，流体流30被阻塞。因此感兴趣的参数是平均压力或者平均或瞬时峰值压力。

相比较，图9图示较小的探针尖端的一致的信号，在这种情况下获得非常平滑的信号。

在根据图2的初步实验中，已经观察到以下内容：

牙菌斑(处于潮湿状态)比清洁的釉质更具有亲水性，如图3所示。

通过压力变化可测量来自尖端的气泡的释放。具有恒定的位移速度的注射器给出作为时间的函数的压力的锯齿状信号。这在图5中的示波器图片中示出。

在尖端与表面之间的近距离接近的情况下，当探测表面是亲水性时锯齿状信号的幅度小于当表面具有疏水性时。因此，在亲水性表面上释放较小的气泡。这还通过图6中的测量来证明，其中对于不同表面给出了作为从尖端到表面(参见图1和2)的距离d1或d2的函数的压力信号幅度。

在图7的初步实验中，已经观察到以下内容：

当注射器与恒定位移速度一起使用时，未堵塞的尖端给出气泡的规则释放和压力随时间变化的锯齿状的图案。

在金属尖端移动通过菌斑材料的实验中，由于菌斑材料堵塞尖端并且空气开放尖端，观察压力的增加和压力随着时间的不规则的锯齿状图案。参见图8的右侧面板。

在使用聚四氟乙烯尖端的实验中，观察在尖端开口处不同材料的清洁信号差异(从左至右：在水中的尖端，在PMMA上的尖端，具有菌斑的PMMA上的尖端，以及再次在水中的尖端)。

这些初步实验表明，对来自尖端的泡泡释放的测量(通过压力和/或压力变化和/或泡泡大小和/或泡泡释放速率)可以变为用以检测尖端处的牙菌斑的合适的方法。实验工作继续进行，因为结果仍然不完整并且尚不是最终的。

因此，鉴于上述内容，本公开内容的实施例的新颖性特征在最低限度上特征在于：

(a)使得流体介质14与表面13在探针尖端12处接触，以在尖端12与表面13之间生成交互区域17(参见图1)；以及(b)交互区域17中的介质14的形状和/或动态取决于表面13的属性和/或从表面13取得的材料的属性；以及(c)检测交互区域17中的介质14的压力和/或形状和/或动态。

鉴于对检测物质在表面上的存在的两个不同的方法的以上描述，图4A和4B中的近端泵部分124有效地用作注射器。在栓塞126或者126'远侧地注射期间，可以向外远离尖端推动图4A和4B中的尖端112或者图7中的尖端112'处的气流或空气流或液体流(当栓塞被推动时)。

(b)在栓塞126或者126'的收回或者倒退行进期间，可以在尖端112或者112'向内并且向着探针管110或110'中抽吸气流或者空气流或者液体流。在一种实施例中，栓塞126或者126'与电动牙刷的刷毛的振动一起自动操作，或者其中刷毛不振动(例如使用牙线设备中的相同的原理)。

因此，注射器或者泵124可以用于其中气流或者空气流远离尖端112并且朝着釉质以生成泡泡32或者34被注射的流方法。(a)在光学上检测泡泡和位置并且该检测取决于表面具有亲水性(诸如菌斑)还是疏水性(诸如釉质)，泡泡的位置可以确定是否存在菌斑。尖端112位于远离釉质的特定距离d2处(参见图2)而不管菌斑是否存在。

替选地，压力传感也可以用于泡泡方法。参考图2，用作注射器的相同的泵部分124可以如下用于压力传感方法。(a)朝着釉质表面31或33注射液体。探针尖端112初始位于远离釉质表面(诸如图2的d2)的特定尺寸处。如以上在图5和图6中图示和描述地监测压力信号。如以上所描述地通过压力和/或压力变化来执行泡泡释放测量。

在根据本公开内容的实施例的检测物质在表面上的存在的第二方法中，如图7所示，穿过远端尖端的第二流体(诸如气体30)的通过基于对与至少部分阻塞穿过远端尖端112'的开放端口的流体的通过的物质相关的信号的测量来实现对可能存在于表面31上的物质116的检测。

由于使用至少两个探针110'，所以图7图示用于检测物质在表面上的存在的系统300。在一种实施例中，探针110'如以上所描述地与表面31或33接触。如果表面33处没有菌斑，即流没有被堵塞，则压力信号如图8中的左侧面板所示。如果表面处有菌斑(例如粘弹性材料116)，则压力信号如图8中的右侧面板所示。

对于实际应用，应当理解，探针110'具有非常小的直径，例如小于0.5毫米，使得通过它们的弹簧作用，探针模块112'会与牙齿表面33接触。因此在到达菌斑时，管被压到这层菌斑中。使用接触的单个探针来获得图8中图示的压力信号。

在检测物质在表面上的存在的第二方法的替选实施例中，通过栓塞126或126'大致朝着图4A和4B中的近端泵部分124'的近端端部124'的反向行进来抽吸流体远离釉质表面。流体或者气体流入30现在变为虚线箭头所示的流体或者气体流出30'。如果存在菌斑116，则菌斑或者足够大以堵塞探针尖端处的孔径或者很小足以在探针通道内部被抽吸。压力信号变为图8的反向版本。在存在菌斑的情况下获得较低压力。

如本文中所限定的，不管通过探针端部的第二流体的流动方向如何，阻塞可以表示至少部分(包括全部)堵塞尖端本身的物质的直接阻塞，或者阻塞可以间接表示探针尖端开口的附近的物质的存在，从而扰乱第二流体的流动区域。

除了通过维持栓塞的恒定速度来执行第一和第二方法之外，还可以通过维持近端泵部分中的恒定压力并且测量第二流体从探针尖端的可变流出来执行方法。

附加地，对于第一泡泡检测方法或者第二阻塞方法，虽然第二流体的流动一般是层状的，然而第二流体的紊流也在本公开内容的范围内。

图10图示根据本公开内容的一种实施例的用于检测物质在表面上的存在的检测装置，其中检测装置通过将流探针集成到牙齿装置(诸如牙刷)中来例示，从而形成用于检测物质在表面上的存在的检测装置。

传统上，电动牙刷系统(诸如以上提及的Philips Sonicare^TM牙刷)包括本体部件和刷子部件。通常，电子部件(电机、用户接口UI、显示器、电池等)被容置在本体中，而刷子部件不包括电子部件。出于这一原因，刷子部件很容易以可接受的成本可交换和可替代。

在一种实施例中，检测装置200(例如电动牙刷)配置有近端本体部分210和远端口腔插入部分250。远端口腔插入部分250包括振动刷子252和空气流探针(诸如以上关于图4A描述的空气流探针100或者关于图4B描述的100')，振动刷子252具有刷子基座256和刷毛254。结合图4A和4B，检测装置200被配置成使得有源(电子)部件被合并在近端本体部分210内或者外部显示在近端本体部分210上，而无源部件(诸如探针110)被合并在远端口腔插入部分250内或者被布置在远端口腔插入部分250外部。更特别地，探针100的探针尖端112被合并以接近刷毛254或者在刷毛254内，而中央压力传感管状部分120和近端管状注射器部分124被合并在近端本体部分210内或者在外部被布置在近端本体部分210上。

在一种实施例中，远端口腔插入部分250(包括刷子252，刷子252包括刷子基座256和刷毛254)可交换或者可替代。由机械连接件230来提供本体与有源部分的接触，其中生成气体流并且传感压力，诸如在图4B的压力P2的位置处。基于压力传感器信号，推断在探针尖端112的区域处是否存在菌斑。

在一种实施例中，有源部件包括如以上所描述的压力传感器P。结合图1，传感器P用以传感交互区域17中的介质14的形状和/或动态。这样的传感器具有以下优点，其很鲁棒而且使用简单。传感器P与检测电子装置220电通信，检测装置220包括与检测电子装置220电通信的控制器225。

在一种替选实施例中，有源部件包括光学传感器、电传感器或者声学传感器等，例如麦克风，以便传感交互区域17中的介质14的形状和/或动态。

控制器225可以是处理器、微处理器、片上系统(SOC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。共同地，用于执行本文中所描述的各种功能和操作的一个或多个部件(其可以包括处理器、微控制器、SOC和/或FPGA)可以是例如权利要求中所记载的控制器的一部分。控制器225可以被提供作为可以安装在单个印刷电路板(PCB)上的单个集成电路(IC)芯片。替选地，控制器的各种电路部件(包括例如控制器、微处理器等)被提供作为一个或多个集成电路芯片。也就是，各种电路部件位于一个或多个集成电路芯片上。

另外，有源部件实现生成空气流或者流体流的方法，其中空气流是优选实施例。具有流体流的组合的空气也是可能的。上述方法可以包括电或者机械泵送方法，由此机械方法可以包括在机械上被激活的弹簧部件，例如其中图4的栓塞126在机械上被激活。在一种实施例中，生成气体流的方法是电泵送原理，因为这与以上描述的压力传感部件很好地组合。

在又一实施例中，无源部件仅包括在端部处具有开口的管，诸如探针110和远端尖端112(参见图10)。

在又一实施例中，由管到压力传感器的输出的机械耦合件230来实现有源和无源部件的连接。这样的耦合基本上被理想地压力密封。压力值相对较低(<<1巴(bar))。

在操作中，在刷牙过程期间以重复的方式执行传感。在优选实施例中，以>1Hz的频率来执行传感(更优选地>5Hz并且甚至更优选地>10Hz)。这样的高频率实施例促进在牙刷从牙齿到牙齿移动时对菌斑去除的动态和实时测量，因为可以对单个牙齿进行若干测量(给定牙齿上的驻留时间通常在1-2秒的数量级)。

结合图1，如以上所描述的，交互区域17中的介质14的形状和/或动态取决于表面13的属性和/或从表面13取得的材料的属性，检测交互区域17中的介质14的压力和/或形状和/或动态，并且由控制器225来做出关于是否在特定牙齿表面13处检测到超过预定最大允许菌斑水平的菌斑水平的确定。

如果做出肯定检测，则不向电动牙刷的用户发送任何进展或者前进信号，直到通过继续在该特定牙齿的牙齿表面13处清洁来在特定牙齿表面13处实现预定最大可允许菌斑水平。

在菌斑水平下降至最大可允许菌斑水平或最大可允许菌斑水平以下时，即做出否定检测时，向用户传输进展信号或者前进信号以告知用户通过移动牙齿装置的振动刷子和探针尖端来前进至相邻牙齿或者其他牙齿是可接受的。

另外，刷子中的无源部件具有若干优选操作模式。

在第一模式操作中，管被配置成使得管的尖端在声学上与刷子(其在Sonicare^TM牙刷中以大约265Hz振动)的振动去耦合。这可以通过仅将管弱耦合至刷子头部来实现。

在另外的模式操作中，管被配置成使得管的尖端静止。这可以通过选择管的机械属性(硬度、质量、长度)使得探针的尖端处于以驱动频率振动的静止节点来实现。可以通过向靠近开口的管的端部添加附加重力来帮助这样的情况。

如图11所示，图11是图10中的远端口腔插入部分250的部分横截面视图，在进一步的实施例中，通过将间隔258合并在刷毛被去除的管附近来减小牙刷刷毛的运动对传感功能的影响。更特别地，图11中的探针110图示刷子头部252，刷子头部252包括基座256和通常从基座256正交地突出的刷毛254。间隔258被定位有在探针尖端1121周围的去除的刷毛线。探针尖端1121与探针尖端112和112'的不同之处在于，探针尖端1121包括90度弯管以实现通过探针110朝着表面31或33的流体流动。

在一种实施例中，间隔258应当在刷毛254的振动的幅度的数量级。实际上，刷毛以大约1-2mm的幅度振动。这使得传感更鲁棒。

在另外的实施例中，如图12所示，探针尖端1121位于超越被刷毛254覆盖的区域的远处。这使得能够检测超过刷毛的当前位置而存在的菌斑，例如被不完整的刷牙动作错过的菌斑。

作为另外的细节，理想地，刷牙时刷子252关于牙齿表面31或33的角度呈45度。理想地，探针尖端1121关于牙齿表面31或33的角度接近0度。至少两个探针110以及对应的至少两个压力传感器和两个泵(尖端端部1121关于牙齿表面31或33为45度)，使得通常一个探针与表面31或33最佳地接口连接。

在另外的实施例中，刷子中合并有多个探针。这些探针可以替选地至少如下布置或者使用：

(a)被定位在刷子周围的多个位置处，以更有效地传感(错过的)菌斑或者

(b)用于不同的测量以确定菌斑去除的程度和效力。

在一种实施例中，可以使用单个有源传感部件和附接至单个压力传感器的多个无源传感部件(诸如管)来实现多个探针。替选地，可以使用多个有源和无源传感部件。

管的端部可以具有很多尺寸，如以上所描述的。在替选实施例中，管的尖端会使用机械垫片与牙齿的表面分离。在一些实施例中，可以以与管呈一定角度来做出开口。

图13-图21图示以上内容的示例。更特别地，图13-图15图示包括刷子352的替选远端口腔插入部分350，刷子352具有安装在刷子基座356上的刷毛354，并且如图13所示，被视为朝着刷子基座356和刷毛354的上部尖端。如图14和15最佳图示地，通常从刷子基座356的水平上表面356'正交延伸的是远端探针尖端3112和3122，其实现要被定向为朝着感兴趣的表面(诸如图2和图7中的表面31和33)的多个流体流。在图13中由刷子基座356的近端端部附近的虚线图示远端探针尖端3112和3122的替选或附加位置。

以类似的方式，图16-图18图示包括刷子352的另一替选远端口腔插入部分360，刷子352具有安装在刷子基座356上的刷毛354，并且如图16所述，被视为朝着刷子基座356和刷毛354的上部尖端。如图18最佳图示地，关于刷子基座356的水平上表面356'以角度β每个延伸的是远端探针尖端3212和3222，其使得多个流体流能够被定向为以角度β朝着感兴趣的表面(诸如图2和图7中的表面31和33)。以类似的方式，在图16中由刷子基座356的近端尖端附近的虚线图示远端探针尖端3212和3222的替选或附加位置。

图13-图15以及图16-图18中图示的远端口腔插入部分350和360可以用于：(a)检测物质在表面上的存在的第一方法，其包括测量来自尖端的泡泡释放(通过压力和/或压力变化和/或泡泡大小和/或泡泡释放速率)或者(b)基于对与阻塞穿过远端尖端的开放端口的流体通过的物质相关的信号的测量来检测物质在表面上的存在的第二方法，其包括穿过远端尖端的第二流体(诸如其他)的通过。

图19-图21图示多个流探针以及可以通过公共旋转轴和电机来操作的对应的近端泵部分的示例性实施例。更特别地，图19图示包括第一流探针3100'的第一流探针操作装置3100。第一流探针3100'与以上关于图4B描述的流探针100'一致，并且可以包括近端泵部分124和栓塞126以及远端探针尖端3112(参见图13-图15)或者远端探针尖端3212(参见图16-图18)。到线性运动操作元件3102(其可以是如图示的凸轮机构)的旋转经由往复轴3106和布置在轴3106的近端端部上的滚轴机构3108来与栓塞126可操作地通信。

滚轴机构3108与通道3110结合限定在凸轮机构3102的外周上的路径。通道3110沿着路径延伸以包括凸轮峰部3102a和凸轮谷部3102b。在诸如箭头3120所图示的逆时针方向的方向上，凸轮机构3102安装在公共轴3104上并且通过公共轴3104来旋转。在凸轮机构3102旋转时，在滚轴机构3108间歇性地被峰部3102a推动或者被拉动到谷部3102b中时，往复线性运动被给予轴3106。由此，往复线性运动被给予栓塞126，在流探针3100'中生成压力，并且流体流穿过远端尖端3112或者3212。本领域技术人员应当理解，可以将由通道3110限定的路径设计成向栓塞126给予一般恒定的速度。替选地，可以将由通道3110限定的路径设计成在近端泵部分124中给予一般恒定的压力。栓塞126在远离近端栓塞部分124的近端端部124'的位置，这是因为滚轴机构3108位于峰部3102a处。

图20图示包括第二流探针3200'的第二流探针操作装置3200。第二流探针3200'也与以上关于图4B描述的流探针100'一致，并且可以包括近端泵部分124和栓塞126以及远端探针尖端3122(参见图13-图15)或者远端探针尖端3222(参见图16-图18)。另外，到线性运动操作元件3202(其可以是如图示的凸轮机构)的旋转经由往复轴3206和布置在轴3206的近端端部上的滚轴机构3208来与栓塞126可操作地通信。

类似地，滚轴机构3208与通道3210结合限定在凸轮机构3202的外周上的路径。通道3210沿着路径延伸以包括凸轮峰部3202a和凸轮谷部3202b。在诸如箭头3220所图示的逆时针方向的方向上，凸轮机构3202安装在公共轴3204上并且通过公共轴3204来旋转。在凸轮机构3202旋转时，在滚轴机构3208间歇性地被峰部3202a推动或者被拉动到谷部3202b中时，往复线性运动被给予轴3206。由此，往复线性运动被给予栓塞126，在流探针3200'中生成压力，并且流体流穿过远端尖端3122或者3222。另外，本领域技术人员应当理解，可以将由通道3210限定的路径设计成向栓塞126给予一般恒定的速度。另外，替选地，可以将由通道3110限定的路径设计成在近端泵部分124中给予一般恒定的压力。与第一流探针操作装置3100相比，栓塞126在近端栓塞部分124的近端端部124'处的位置处，这是因为滚轴机构3208现在位于峰部3202a处。

图21图示电机3300，电机3300在操作上连接至公共轴3104，使得到流探针操作装置3100的线性运动操作构件3102的第一旋转关于电机3300在公共轴3104上被安装在附近，而到流探针操作装置3200的线性运动操作构件3202的第二旋转关于电机3300在公共轴3104上被安装在远处。本领域技术人员应当认识到，通过电机3300旋转公共轴3104引起以上关于图19和图20描述的多个流探针操作。

本领域技术人员应当认识到，关于图19-图21描述的流操作装置3100和3200仅是可以采用以影响期望的操作的装置的示例。

向牙刷供应气泡也可以改善刷牙的菌斑去除速率(当前，这样的实验尚未进行)。

一个可能的机制为：(i)气泡会粘附至干净釉质的斑点，(ii)刷牙向运动中带入泡泡，并且从而还带来泡泡的空气/水界面，以及(iii)当泡泡边缘接触菌斑材料时，边缘会倾向于剥落菌斑材料离开釉质，因为菌斑材料非常具有亲水性并且因此偏好呆在水性溶液中。另一可能的机制为：泡泡的存在可以改善流体中的局部混合和剪切力，从而增加菌斑去除速率。应当注意，本文中所描述的检测表面上的物质的方法的实施例可以包括监测信号的第一微分、AC(交流)调制和传感器用于胶质检测的使用。

Claims

1.一种用于检测在牙齿表面(31，33)上物质(116)的存在的流探针装置(10)，所述装置包括：

至少一个近端泵部分(124)；以及

至少一个远端探针部分(110)，被配置为浸入第一流体(11)中，

所述至少一个近端泵部分和所述至少一个远端探针部分彼此流体连通，

所述远端探针部分限定具有开放端口的远端尖端(112)以使得第二流体(30)能够穿过其通过，

所述装置被配置成使得穿过所述远端尖端的所述第二流体的通过基于对与接近所述牙齿表面的一个或多个泡泡相关的信号的测量来使得能够检测可能存在于所述牙齿表面上的物质(116)，所述一个或多个泡泡(32，34)由在所述第一流体中的所述第二流体生成；

其中所述至少一个近端泵部分和所述至少一个远端探针部分每个均限定共计为所述流探针装置的总体积的内部体积，使得所述流探针装置形成声学低通滤波器。

2.根据权利要求1所述的流探针装置，其中所述牙齿表面是疏水性的，并且其中所述信号检测接近所述表面的一个或多个泡泡的位置，作为指示接近所述表面的亲水性物质的存在。

3.根据权利要求2所述的流探针装置，其中所述亲水性物质是菌斑。

4.根据权利要求1所述的流探针装置，其中所述牙齿表面是疏水性的，并且其中所述信号检测接近所述表面的一个或多个泡泡的位置，作为指示疏水性表面的存在。

5.根据权利要求1所述的流探针装置，其中所述第二流体是气体，并且其中与接近所述表面的一个或多个泡泡相关的所述信号是与所述一个或多个泡泡相关的压力信号，所述装置还包括被配置和被布置为检测所述压力信号的至少一个压力传感器(Pn)。

6.根据权利要求5所述的流探针装置，其中所述压力信号与所述一个或多个泡泡距所述表面的距离相关。

7.根据权利要求6所述的流探针装置，其中所述距离指示接近所述表面的亲水性物质在的存在。

8.根据权利要求7所述的流探针装置，其中所述亲水性物质是菌斑。

9.根据权利要求6所述的流探针装置，其中所述距离指示接近所述表面的疏水性物质的存在。

10.根据权利要求5所述的流探针装置，其中所述至少一个近端泵部分(124)包括所述至少一个压力传感器(P1)。

11.根据权利要求5所述的流探针装置，其中所述近端泵部分包括可移动栓塞(126，126’)，所述可移动栓塞布置在所述近端泵部分内并且被配置和被布置成使得所述可移动栓塞朝着所述近端泵部分的远端端部远离所述近端泵部分的近端端部可往复地移动，所述栓塞的移动从而引起所述远端探针部分中的压力的变化。

12.根据权利要求11所述的流探针装置，其中所述装置还包括控制器(225)，所述控制器处理由所述压力传感器传感的压力读数并且确定所述压力读数是否指示所述表面上存在的物质的水平超过所述表面的预定最大可允许物质的水平。

13.根据权利要求12所述的流探针装置，其中所述物质是牙菌斑。

14.根据权利要求1所述的流探针装置，其中所述信号表示所述至少一个探针部分的应变，所述流探针装置还包括至少一个应变计(132)，所述至少一个应变计被配置和被布置在所述至少一个远端探针部分上以使得所述至少一个应变计能够检测和测量表示所述至少一个探针部分的应变的信号。