CN108135682A - 具有用于口腔卫生监测的磁力仪的牙刷系统 - Google Patents

Abstract

公开了刷牙监测系统，其包括具有传感器和基站的牙刷。所述传感器记录关于刷牙的质量、数量和位置的数据，并且所述系统可以分析所述数据以提供关于所述刷牙质量的反馈。这种反馈为使用者提供了增加他们的刷牙习惯的动机，从而导致牙菌斑、蛀牙和牙龈炎的减少。

Description

具有用于口腔卫生监测的磁力仪的牙刷系统

技术领域

本发明涉及用于监测刷牙活动的方法和设备。

背景技术

据疾控中心(CDC)称，虽然可以预防，但蛀牙是6至11岁儿童(25％)和12至19岁青少年(59％)最常见的慢性疾病。也有28％的35至44岁的成年人有未经治疗的蛀牙。在牙齿上形成的称为牙菌斑的细菌生物膜促进了蛀牙和牙龈炎。然而，牙菌斑可以通过每天至少刷牙一次，持续两分钟，并且优选地每天刷牙两次来去除，从而防止或减轻蛀牙。Atlin T和Horecker E.的“刷牙和口腔健康：多久以及何时应进行刷牙”，口腔健康与预防牙科学，2005 3(3):135-140。此外，研究表明，在刷牙期间，儿童会不断错过相同的区域，从而导致某些牙齿上牙菌斑的分离积聚。因此，比刷牙时长更重要的是刷牙功效。此外，牙齿健康教育仅显示出通常仅对牙菌斑积聚具有较小和暂时的影响。Atlin T和Horecker E.的“刷牙和口腔健康：多久以及何时应进行刷牙”，口腔健康与预防牙科学，2005 3(3):135-140。此外，许多牙膏掺入氟化物，促进牙釉质的再生，从而防止空腔形成。据美国牙科协会称，刷牙的遵从性很低。例如，只有49％的男性和57％的女性每天刷牙两次。

发明内容

因此，需要一种牙科系统，其可以增加使用者对牙医建议计划的刷牙的遵从性，以便减少由于缺乏刷牙而导致的蛀牙、牙龈疾病和其他牙齿并发症。本公开提供了用于监测牙刷使用的系统和方法，并且向使用者提供电子反馈和其他激励以增加遵从性。

所述系统允许记录刷牙活动和这些活动的分析。它允许创建为牙刷系统的使用者提供反馈和激励的服务。牙刷在使用过程中通过传感器记录刷牙数据。在一些实施方案中，分析数据并将其与参考数据进行比较。通过反馈输出设备，使用者接收到关于系统使用的建议和激励以及被设计来增加对推荐使用计划的遵从性的其他反馈。例如，系统可以实现游戏化过程以增加使用卫生设备的积极性。

在一些实施方案中，本发明涉及一种用于通过例如通过与具有显示屏的移动电信设备无线集成来通知使用者关于他/她的刷牙实践来使用牙刷的新方法的方法。电动牙刷还可以将数据无线地传送给基站，所述基站随后可以将数据发送到网络以便在云服务器上分析或无线地发送到移动设备。移动电信设备可以是移动电话、具有电信装置的微型计算机、具有电信装置的平板计算机。在其他实施方案中，可以将数据无线地发送到基站，并且随后上载到服务器以便由包括移动和非移动计算设备的计算设备随后进行访问。

牙刷系统可以包括具有传感器和基站的牙刷，所述基站当使用者未使用牙刷时物理地支撑牙刷。所述电子牙刷可以包括：(a)信号处理电路、(b)存储器、(c)用于在牙刷与基站之间交换数据的基站接口、(d)可以包括可充电电池或电容器的供电电路以及(e)控制器。所述基站可以包括：(a)用于在互联网或其他网络与基站之间交换数据的网络接口以及(b)用于对牙刷的可充电电池进行充电的充电电路，其还可以可选地充当与牙刷中的磁力仪传感器连接的磁性发射器。在其他实施方案中，所述系统可以不包括基站，并且可以将信号无线地直接发送到移动电话或其他无线终端。

电气配置

牙刷的控制器可以被配置来协调牙刷与基站和/或移动设备之间的数据交换，以用于将处理的信号从传感器传送到基站。在一些实施方案中，牙刷系统100可以包括用于处理来自传感器的信号的信号调节电路、用于存储来自传感器的经处理信号的存储器、用于允许牙刷与基站之间的信息交换的牙刷接口电路、用于为牙刷的传感器和电路供电的包括电池和/或电容器类型的可充电电源的牙刷供电电路、以及用于引导牙刷电子器件的操作的控制器电路。

所述基站可以包括以下电路：用于与网络交换数据的数据交换电路、适于与牙刷交换信息的基站接口电路、用于为基站电路供电并且当牙刷接收在基站中时用于对牙刷的可充电电源充电的基站供电电路。所述基站还可以包括磁场发射器，所述磁场发射器可以是电源或充电电路，或者可以是单独的磁场发射器。所述控制电路可以被配置来在使用牙刷检测到使用者时将来自传感器的处理信号存储在存储器中，并且当牙刷接收在基站中时命令基站的数据交换电路通过牙刷和基站的接口电路通过网络传送来自传感器的存储信号。在一些实施方案中，来自传感器的原始数据可以被存储并通过数据交换电路发送，以用于在基站处进行处理或者在别处进行处理。

物理设计

在一些实施方案中，牙刷可以包括电动马达，以用于在刷牙期间使牙刷头部振动。此外，包括刷毛的牙刷头部可以可移除地连接到牙刷的主体或手柄，并且被构造用于多个头部的可互换性。牙刷可以是防水的。在一些实施方案中，基站可以被配置来物理地接收仅一个、两个、三个、四个或五个或另外数量的牙刷。

传感器

牙刷的传感器可以是以下各项中的一项或多项：i)压力传感器(10)、运动传感器(11)，或者ii)能够测量牙刷的刷牙活动的任何其他类型的传感器，诸如加速度计或惯性传感器。这可以包括加速度计、磁力仪和陀螺仪。在一些实施方案中，牙刷可以至少包括压力传感器和至少一个加速度传感器。在一些实施方案中，来自传感器的经处理信号通过基站通过网络传送到服务器。此外，来自传感器的经处理信号通过移动设备通过网络传送到服务器。

计算设备

在一些实施方案中，移动电信设备是移动电话、具有电信装置的微型计算机、具有电信装置的平板计算机、或者具有用于显示与刷牙活动有关的信息的显示装置并且具有用于连接到全球网络且用于与全球网络进行通信的电路的任何其他装置。例如，移动设备通常可以是移动电话，但是也可以由具有无线电通信能力的其他便携式移动PDA设备类型(“PDA”)或其他组成，或者甚至是具有电信装置的微型计算机膝上型计算机或台式计算机、具有电信装置的平板计算机。在其他实施方案中，信号在通过云服务器访问数据的固定可计算设备上可见。

信号处理

牙刷的控制器被配置来将来自传感器的经处理信号存储在存储器中。在一些实施方案中，控制器可以替代地将来自传感器的原始数据存储在存储器中以用于发送到可以处理原始传感器数据的系统的基站或其他部件。一旦系统中的控制器或其他处理器确定使用者开始刷牙，控制器就协调信号的采集、处理和存储。在其他实施方案中，控制器可以协调原始数据的存储和发送以便在其他地方进行处理。接下来，控制器可以被配置来将所存储的信号无线地发送到基站或计算设备以用于进一步处理或初始处理、显示或分析。

信号处理可以包括滤波、放大、转换、从模拟到数字的信号转换、数字滤波、数字数据压缩、数字数据简化、数字数据计算和数字数据转换。这可以在系统的几个不同方面执行，包括牙刷、基站、相关联的移动电话、通过网络链接到系统的服务器以及其他位置。

数据协议和传输

在一些实施方案中，牙刷接口电路和基站接口电路是无线电路，例如：GSM/UMTS及其衍生产品。在一些实施方案中，基站的数据交换电路使用无线协议，例如：GSM或其他。在一些实施方案中，牙刷可以具有唯一的标识符，以允许移动设备和牙刷的配对。

在其他实施方案中，牙刷接口电路和基站接口电路可以利用有线连接。例如，到网络的数据交换电路连接是有线的。识别数据可以并入包括来自传感器的通过网络发送的存储信号的数据分组中。所述标识可以包括牙刷或头部的序列标识号码、基站的序列标识号码或者基站的网络地址。此外，在测量步骤期间获得的刷牙监测数据可以使用来自牙刷内部时钟的数据来加时间戳。

在其他实施方案中，网络至少包括无线局域网(WLAN)，并且在通信步骤期间，牙刷通过所述WLAN将数据传输到所述移动设备。WLAN可以根据从Wifi或蓝牙协议中选择的通信协议来操作。移动或其他计算设备也可以与本地无线局域网进行通信，并且在通信步骤中，牙刷通过所述无线LAN将所述数据传输到移动设备。

LAN可以包括至少与牙刷通信的服务器，并且在通信步骤中，牙刷可以借助于服务器将所述数据发送到移动设备。电信网络还可以包括单独的远程无线LAN的网络，服务器通过所述远程网络与至少一个服务器通信，移动设备也通过远程网络与所述服务器通信。

通过接口电路在牙刷与基站之间交换的信息可以包括数据或命令，所述数据包括来自传感器的存储、处理的信号或者来自传感器的原始数据。信息可以根据需要从牙刷传送到基站，并且相反地从基站传送到牙刷。数据也可以是由牙刷存储和/或执行的程序或软件更新。例如，更新和新固件可以无线下载并安装在牙刷上。

数据的云服务器或局域网处理

在一些实施方案中，所述系统包括服务器，并且来自传感器的存储、处理的信号或来自传感器的原始数据通过网络传送到所述服务器，所述服务器包括用于传送的经处理信号的存储装置，并且包括在程序或软件指令的控制下的计算部件。所述程序具有指令，所述指令被配置来在传送结束时通过网络向牙刷发送擦除命令，以擦除存储在牙刷上的已传送到服务器的信号。服务器还可以使用远程网络和/或移动设备的地理定位能力来确定牙刷的位置。

所述服务器包括存储器，其用于存储来自牙刷传感器的连续传送的存储和处理的信号的历史和/或来自传感器的原始数据。用于控制服务器的计算部件的程序包括用于分析和比较所存储和处理的信号并提供来自所述分析和比较的计算结果的软件指令。用于控制服务器的计算部件的程序可以包括用于通过互联网页面或其他各种方法访问服务器来使分析的结果可用于包括移动或固定设备的各种计算设备的指令。来自服务器的计算分析可以通过网络链路35直接传送或下载到计算设备，所述网络链路35可以通过到基站的专用通信设备POA链路34来进行。因此，来自服务器的计算结果通过专用通信设备POA通过网络传送到移动设备，并且随后通过链路33、31和32传送到基站和/或牙刷。当牙刷操作并与服务器通信时，所述服务器可以更新在牙刷中运行和/或使用的软件和/或参数。类似地，服务器可以更新与牙刷相关并且在移动设备上运行的应用程序或参数。

使用者简档

系统可以包括与刷牙活动相关联的存储的使用者简档，并且其相关数据包括使用者的年龄、大小和性别。在监测刷牙活动的步骤期间或之后，牙刷、移动设备或服务器使用取决于使用者简档和过去数据的至少一个预定规则来自动地寻求使用者与至少一个使用者简档的匹配。如果使用者不是牙刷的常规使用者，那么所述使用者将他/她识别为移动设备上的客人。

在使用者识别的步骤中，可以将特定的使用者与牙刷相关联，并且假定为使用者。如果利用给定牙刷的多名使用者，那么至少为了最后两个的参考目的至少在牙刷中并且可能在移动设备和/或服务器中将使用者与刷牙活动相关联。

数据输出

在一些实施方案中，牙刷将数据实时发送到移动设备或其他计算设备，并且在显示步骤中，计算设备在屏幕上实时地显示与所述数据有关的信息，例如针对进展中的刷牙片段的使用者的即时进展。

校准/初始化

在一些实施方案中，牙刷可以在工厂中或由使用者或两者进行校准。如果由使用者执行校准步骤，那么可以在此过程中通过例如由移动设备的显示器提供的信息来引导使用者。

在初始化的步骤中，系统可以允许选择期望的本地无线网络或移动设备。这可以自动地或者在使用者的帮助下完成，并且这些操作对应于在它们之间通信的系统的元件之间的网络配对。在一些实施方案中，牙刷可以包括至少压力传感器；至少一个加速度传感器；用于处理来自传感器的信号的信号调节电路；用于存储来自传感器的经处理信号的存储器电路；用于允许牙刷与基站之间的信息传送的牙刷接口电路；用于为牙刷的传感器和电路供电的牙刷供电电路，所述牙刷供电包括电池和/或电容器类型的可充电电源；以及用于牙刷电路的操作的控制电路。优选地，所述控制电路被配置来在使用牙刷检测到使用者时将来自传感器的处理信号存储在存储器中，并且当牙刷接收在基站中时命令基站的数据交换电路通过牙刷和基站的接口电路通过网络传送来自传感器的存储、处理信号。

根据本发明，所述基站包括以下电路：与网络的数据交换电路、适于与根据本发明的牙刷交换信息的基站接口电路、用于为基站电路供电并且当牙刷接收在基站中时用于对牙刷的可充电电源充电的基站供电电路。

从同一发明的另一个角度来看，本发明提供了一种系统以及使用所述系统来监测刷牙活动的方法，从而允许与具有显示器和信息输入设备的移动通信设备进行通信，所述牙刷和移动设备通过无线电与电信网络进行通信，所述电信网络适于至少使所述移动设备与至少一个另外的电信设备进行通信，所述方法包括以下步骤：(a)至少一个刷牙活动监测步骤，其中牙刷执行指示至少使用者的刷牙活动的至少一个测量；(b)至少一个双向通信阶段，在所述阶段中：i)使用者将信息输入到移动设备中，并且移动设备通过电信网络将所述信息发送到牙刷，以及ii)牙刷通过电信网络将根据所述刷牙活动监测测量的数据发送到移动设备；以及(c)至少显示或反馈步骤，其中移动设备基于在通信步骤中发送的刷牙活动监测数据在其屏幕上显示信息。显示的信息可以表示对所发送的数据进行的计算的输出，所述计算在移动设备中或者在服务器中完成。

本公开提供了一种产品和服务，其改善使用者刷牙的使用和/或积极性。反馈是通过与系统链接的输出设备提供的。所述系统提供了包括传感器的牙刷，所述传感器监测使用者的刷牙活动并向使用者提供与刷牙有关的反馈。在一些实施方案中，服务器可以提供使用并处理从传感器接收的数据的应用，以提供与刷牙质量和其他分析有关的输出数据。最后，在服务器上运行的应用程序可以处理此输出数据，以向使用者提供反馈，以提供有趣/游戏的维度来增加使用者的刷牙动机。

附图说明

现在将关于示例性实施方案和以下附图来描述本发明：

图1是本发明的系统的示意图，并且

图2是所述系统的牙刷和基站的图解视图。

图3A是根据本发明的一个实施方案的牙刷和头部的透视图。

图3B是可以附接到头部接口的牙刷手柄和可替换头部的透视图。

图4是示出本公开中用于记录刷牙数据并向使用者提供反馈的过程的实施方案的流程图。

图5是由系统产生和检测的磁场的图。

具体实施方式

现在将描述本发明的各种实例。以下描述提供了用于透彻理解和描述这些实例的具体细节。然而，相关领域的技术人员将理解，可以在没有许多这些细节的情况下实践本发明。同样，相关领域的技术人员也将理解，本发明可以包括在本文未详细描述的许多其他明显特征。此外，一些众所周知的结构或功能可能不会在下文中被详细示出或描述，以便避免不必要地模糊相关描述。

即使将其与本发明的某些具体实例的详细描述结合使用，以下使用的术语也应以其最宽泛的合理方式进行解释。实际上，以下可能甚至会强调某些术语；然而，旨在以任何限制的方式解释的任何术语将如在此详细描述部分中一样公开且具体地定义。

已经描述了主题的特定实现方式。其他实现方式在以下权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中列举的动作可以以不同的顺序执行并且仍然实现期望的结果。此外，附图中描绘的过程不一定需要所示的特定顺序或顺序次序来实现期望的结果。

尽管本说明书包含许多具体的实现细节，但是这些不应被解释为对任何发明或可以要求保护的范围的限制，而是作为特定于特定发明的特定实现方式的特征的描述。在本说明书中在单独实现方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现方式中组合实现。相反地，在单个实现方式的上下文中描述的各种特征也可以在多种实现方式中单独地或以任何合适的子组合来实现。此外，虽然特征可以在上文描述为以某些组合起作用并且甚至最初要求如此，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以在一些情况下从所述组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。

类似地，尽管可以在附图中以特定顺序描绘操作，但是这不应被理解为要求以所示出的特定顺序或顺序次序来执行这类操作，或者要执行所有示出的操作来实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实现方式中的各种系统部件的分离不应当被理解为在所有实现方式中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。

图1示出公开的牙刷监测和反馈系统100的概况，所述系统100包括：配备有传感器的牙刷1、用于接收牙刷1并对其进行充电的基站2、无线地接收/发送数据的移动设备30、专用无线链路POA 8、用于从服务器或系统100的其他各种部件之间传送信息的服务器4和网络3。

数据通信

牙刷1具有天线5和收发器装置，以用于通过无线电链路31与兼容的互补天线5和基站2的收发器装置进行无线电通信。无线电通信链路31可以是例如WiFi或GSM或蓝牙或其衍生物或其他私有协议。

在另一个实施方案中，天线和收发器装置由有线连接或连接器替换或完成，以允许牙刷1和基站2之间的信息交换。有线连接器还可以提供从基站到牙刷的电力供应，以用于对后者的可充电电源进行充电。在另一个实施方案中，从基站到牙刷的电力供应设置有电磁感应电路。

基站2可以通过电源线供电。基站2可以可替代地由可充电电池供电，所述可充电电池不时地用由供电网供电的电池充电器来充电。基站2具有接收槽，以用于当使用者不使用牙刷时物理地支撑和存储牙刷。

基站2包括数据交换电路，以用于与网络3(例如互联网)进行数据通信。数据可以使用如图1所示的无线电通信链路31用基站2的天线5以及连接到网络3的专用通信设备8或POA的天线5来传送。在其他实施方案中，基站2与网络3之间的数据传送通过有线链路(例如ADSL)来执行。

牙刷1的天线5和收发器装置也通过无线电链路31与移动设备30的无线电通信装置兼容。无线电通信链路31是例如WiFi或GSM或蓝牙或其衍生物或其他合适协议。在一些实施方案中，无线电链路31是近程的、本地的无线电通信链路或无线电链路35，诸如在蜂窝或其他移动电话系统(例如GSM及其衍生物)中使用的无线电链路。

移动设备30还能够通过其无线电通信电路在网络3上通过专用通信设备8或POA在无线电链路31上交换数据。此外或可替代地，移动设备30能够直接在网络3上在无线电链路35上交换数据。

服务器4通过任何合适的方式连接到网络3。服务器4被广义地定义为包括能够例如在计算网络中的“云”上存储以及计算操作的计算设备。服务器4可以包括存储设备，例如存储器、硬盘驱动器、闪存或其他存储设备，并且包括在程序的控制下的计算装置。为了传送数据，牙刷控制电路使用网络3的预定服务器4地址。此预定地址可以最初存储在牙刷1中并且/或者稍后通过网络3更新。牙刷1与服务器4之间的数据传送可以通过以下执行：a)每次在基站2中以批量配置更换牙刷1；b)在使用者或服务器4的方向上，例如通过使用移动设备30的接口或访问服务器4的网页开始传送的使用者动作；或者c)在检测到牙刷1动作时实时地；或者d)从基站2移除牙刷1；或者e)以其他适当的间隔。

系统电路设计与网络架构

如图2所示，牙刷1可以包括压力传感器10和至少一个运动传感器11。当使用者将刷毛施加到牙齿上时，压力传感器10检测施加在牙刷1的刷牙侧上的力。运动传感器11可以被提供用于检测牙刷1的任何或所有三个正交轴上的运动，或者运动传感器可以能够检测所有三个轴上的加速度或其他运动特性。由传感器输出的信号由信号调节电路12处理。信号调节的实例包括：频率和噪声滤波、放大、转换、数字信号处理以及用于优化检测信号以便进行分析的其他技术。

来自传感器的经处理信号或原始数据随后被存储在存储器14中，如由控制器13确定的，所述控制器13可以是数字信号处理器、微控制器或其他处理部件，并且其操作由程序15控制。存储器14可以包括在牙刷1中或服务器4或系统100的其他部件上。程序15可以通过牙刷1接口电路16、用于无线电通信的调制解调器及其天线5(和/或在接触/有线接口的情况下的连接器)或牙刷1的其他接口来更新。更一般地，当建立无线电链路31(和/或牙刷的连接器和基站的连接器配对在一起)时，牙刷接口电路16允许牙刷1与基站2之间的信息交换。牙刷1可以包含用于为牙刷1的传感器和电路供电的供电电路，并且其可以包括可充电电源17。

基站2可以包括基站接口连接电路20、用于无线电通信的调制解调器、以及用于通过链路31交换信息的天线5(和/或连接器)。此外，基站接口电路20能够与专用通信设备8建立无线电链路31，以用于与网络3进行通信。基站2可以利用电源转换器22，其被调节21来向基站电路提供适当的电压和电流。可以提供用于从基站2向牙刷1提供充电电流的电连接(未示出)。在一些实施方案中，基站2可以包括用于通过感应充电或直接电连接来给牙刷的电池或电源充电的充电电路。

基站2还可以包括发射可以由相关联的磁力仪或其他磁场传感器11感测的磁场的磁场发射器110。磁场发射器110可以通过利用基站2中已经存在的充电电路或其他电路来提供。例如，基站2可以具有也可以用作磁场发射器110的充电线圈。充电线圈可以固定并且以已知取向定位，从而产生已知强度和极性取向的磁场。在一些实施方案中，基站2可以包括产生具有位于水平或垂直平面中的极轴的磁场的充电线圈。在一些实施方案中，这可以是单轴磁场发射器110，诸如在单轴充电线圈的情况下。在其他实施方案中，2轴或3轴磁场发射器110可以并入基站2中。这将有利地允许具有已知取向的固定磁场，使得牙刷1上的磁力仪11可以感测磁场的强度和极性，以便提供关于牙刷1的位置和取向的信息或者位置和取向的相对变化。

在一些实施方案中，基站2是无源的，并且当它们在一起通信时，特别是当链路31是具有连接器的有线/接触类型时，其电路在牙刷1的控制器13的控制下。在图2所示的实施方案中，基站具有控制其操作的控制器19。

专用通信设备8可以包括用于与网络3通信的无线电调制解调器电路27和适当的电子器件。专用通信设备8能够与基站2建立无线电链路31并且/或者与移动设备建立无线电链路31。

移动设备30至少包括用于建立无线电链路31的无线电调制解调器26。移动设备30的操作在控制器25(即，中央处理单元或μC)和程序15的控制之下。移动设备30包括诸如显示屏的输出装置和诸如虚拟或材料键盘的输入装置。优选地，移动设备30的输入和输出装置被用于系统中以输入信息和显示信息，特别是由服务器执行的计算结果。

服务器4的计算装置的程序允许存储从牙刷1接收的信号。此外，服务器4可以分析来自传感器的数据以产生关于使用者在刷牙中的表现的反馈和激励数据。这些结果可以由使用者在由服务器4托管的互联网页面上访问或者传送到用于托管的另一个web服务器。在不同的实施方案中，先前的操作和计算完全或部分地在移动设备30中完成，服务器4被用于一般监测。

首先应理解的是，本文的公开内容可以用任何类型的硬件和/或软件来实现，并且可以是预先编程的通用计算设备。例如，所述系统可以使用服务器、个人计算机、便携式计算机、瘦客户端或任何合适的一个或多个设备来实现。本公开和/或其部件可以是在单个位置处的单个设备，或者在单个或多个位置处的使用任何适当的通信协议通过任何通信介质(诸如电缆、光纤电缆等)或以无线方式连接在一起的多个设备。

还应注意，本公开在本文中被示出和讨论为具有执行特定功能的多个模块。应理解的是，这些模块只是基于其功能仅仅为了清楚的目的而示意性地示出，而不必要表示具体的硬件或软件。就这一点而言，这些模块可以是被实现来实质上执行所讨论的特定功能的硬件和/或软件。此外，模块可以在本公开内组合在一起，或者基于所期望的特定功能划分为附加模块。因此，本公开不应被解释为限制本发明，而仅仅被理解为示出本发明的一个示例性实现方式。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系是借助于在相应的计算机上运行的计算机程序而产生，并且具有与彼此的客户端服务器关系。在一些实现方式中，服务器将数据(例如，HTML页面)发送到客户端设备(例如，为了向与客户端设备交互的使用者显示数据并且从使用者接收使用者输入的目的)。可以在服务器处从客户端设备接收在客户端设备处生成的数据(例如，使用者交互的结果)。

本说明书中描述的主题的实现方式可以在计算系统中实现，所述计算系统包括后端部件，例如作为数据服务器，或者包括中间件部件，例如应用服务器，或者包括前端部件，例如具有使用者可以通过其与本说明书中描述的主题的实现方式交互的图形用户界面或Web浏览器的客户端计算机，或者这类后端、中间件或前端部件中的一种或多种的任何组合。系统的部件可以通过数字数据通信的任何形式或介质(例如通信网络)互连。通信网络的实例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)、网络间网络(例如互联网)和对等网络(例如，ad hoc对等网络)。

在本说明书中描述的主题和操作的实现方式可以在数字电子电路中或者在计算机软件、固件或硬件(包括在本说明书中公开的结构及其结构等同物)或者它们中的一个或多个的组合中实现。本说明书中描述的主题的实现方式可以被实现为编码在计算机存储介质上的一个或多个计算机程序，即计算机程序指令的一个或多个模块，以用于由数据处理装置执行或者控制数据处理装置的操作。可替换地或此外，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如机器生成的电信号、光信号或电磁信号，其被生成以编码用于传输到合适的接收器装置的信息以便由数据处理装置来执行。计算机存储介质可以是计算机可读存储设备、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器阵列或设备或者它们中的一个或多个的组合，或者可以包括在以上各项中。此外，虽然计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质可以是在人工生成的传播信号中编码的计算机程序指令的来源或目的地。计算机存储介质也可以是一个或多个单独的物理部件或介质(例如，多个CD、磁盘或其他存储设备)或者包括在其中。

本说明书中描述的操作可以被实现为由“数据处理装置”对存储在一个或多个计算机可读存储设备上的数据或从其他来源接收的数据执行的操作。

术语“数据处理装置”涵盖用于处理数据的所有类型的装置、设备和机器，以举例的方式包括可编程处理器、计算机、片上系统或者多个前述各项或其组合。所述装置可以包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，所述装置还可以包括为讨论中的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时间环境、虚拟机或者它们中的一个或多个的组合的代码。装置和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础结构，诸如web服务、分布式计算和网格计算基础结构。

计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序、脚本或代码)可以任何形式的编程语言来编写，包括编译或解释语言、声明或过程语言，并且可以任何形式来部署，包括作为独立的程序或者作为模块、部件、子例程、对象或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不需要对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文件中的一个或多个脚本)的文件的一部分中，存储在专用于讨论中的程序的单个文件中，或者存储在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。可以部署计算机程序以在一台计算机或多台计算机上执行，这些计算机位于一个站点处，或者跨多个站点分布并且通过通信网络互连。

本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行动作。处理和逻辑流程也可以由专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))来执行，并且所述装置也可以被实现为所述专用逻辑电路。

通过实例，适用于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来讲，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于根据指令执行动作的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。一般来讲，计算机还将包括或可操作地联接以从用于存储数据的一个或多个海量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或将数据传动到其或者两者。然而，计算机不需要具有这类设备。此外，可以将计算机嵌入到另一设备中，仅举几例例如移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏机、全球定位系统(GPS)接收器或便携式存储设备(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器)。适用于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储设备，通过实例包括半导体存储设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或者并入专用逻辑电路中。

牙刷设计

如图3所示，牙刷1包括手柄40和可以可拆卸地连接到手柄40的头部42。手柄40可以包含机械地连接到头部42的马达，并且当启动时以当放置在嘴内时刷使用者牙齿的方式振动或移动头部42。手柄40包括头部接口46，所述头部接口46将各种头部42可拆卸地附接到手柄40。头部接口40包含用于向各种头部42传送数据和电力的导线48。例如，某些头部42可以包括需要电力和数据传送的传感器，并且因此可以通过在头部接口46处与头部42形成连接的导线48将电力从手柄40的电源路由到头部42。可以存在在头部接口46上形成连接的各种数量的导线48，例如可以存在两根导线48用于电源并且两根导线48用于数据，三根导线48用于电源三根导线48用于数据，以及其他各种数量的导线。在一些实施方案中，头部接口46将与头部42形成防水密封，以防止水进入接口并干扰电导线48的电力和数据传送。

在一些实施方案中，与可以在一定次数的使用之后丢弃的头部42相反，大部分电路和昂贵部件可以容纳在手柄40内部。这将最小化替换头部42的成本。例如，在一些实施方案中，电池、控制器13可以包含在手柄40中，并且任何传感器探头和用于连接传感器探头的电路可以包含在头部42中。在其他实施方案中，头部42可以不包含电路或电气部件，并且将仅通过支撑刷毛来提供机械刷牙功能。

牙刷1还可以包括扬声器50和各种视觉指示器52以向使用者提供音频和视觉反馈。例如，手柄40可以包含扬声器50，所述扬声器50用于播放音乐、实质性反馈、动机短语，剩余时间、关于刷牙压力的推荐或者某些象限是否未被充分刷洗、刷牙完成的通告等。此外，牙刷1可以包含任何数量的视觉指示器52，以用于提供关于刷牙的实质性反馈，包括经过的时间、何时完成刷牙的LED指示器、不适当刷牙的警告指示器，包括是否已处理每个象限的指示器。在其他实施方案中，牙刷1也可以利用骨传导将音频消息传递给使用者。

传感器

牙刷1可以结合各种传感器，这些传感器检测可以被分析以提供各种反馈和其他动机信息给使用者的刷牙的某些属性。例如，牙刷1可以结合各种运动传感器11，以确定相对于嘴的某些象限或甚至单个牙齿的刷牙质量。运动传感器11可以包括陀螺仪、加速度计、磁力仪以及能够检测位置、移动和加速度的其他各种传感器。这些各种运动传感器11可以结合在手柄40或头部42中。然而，在头部42以及因此任何加速度或其他运动传感器将经历可以与检测位置配合的许多附加运动的实施方案中，将运动传感器11放置在手柄40中可能是有利的。在一些实施方案中，磁力仪将感测地球磁场的矢量。在一些实施方案中，将使用三轴磁力仪，并且在其他实施方案中，将利用两轴或一轴磁力仪。

还可以利用磁场发生器来产生具有已知极性的已知磁场，所述已知极性可以通过结合到牙刷1中的磁力仪来感测。磁场发射器110可以放置在基站2的内部，所述基站2将已具有可用于产生可检测磁场的充电线圈和/或接口电路20。在其他实施方案中，磁场发射器110可以是基站2中的单独的电子部件或者完全在单独的物理部件中。在一些实施方案中，磁场发射器110将处于具有已知取向的静止单元中。

牙刷1还可以结合各种接近传感器，所述接近传感器检测牙刷1与使用者的嘴部的接近度。这些可以结合在头部42处或手柄40中。接近传感器可以用于获取与确定使用者的刷牙质量有关的附加位置信息。

此外，牙刷1可以包含压力传感器10以确定使用者是否施加适当的压力来刷牙。压力传感器10可以结合到可以更容易地灵活的头部42中，或者利用简单的压力变换器或者能够测量压力的其他部件。

在一些实施方案中，各种头部42可以结合相机56，所述相机56将检测可以或可以不与刷牙质量相关的牙齿质量的各个方面。例如，包括近红外相机56的相机56可以能够用在牙刷1上以收集指示去矿化或龋齿或蛀牙的数据。例如，牙刷1可以利用特别适合于检测这些异常的某些波长，例如在1300-1400nm的范围内的波长。在一些实施方案中，牙刷1还可以包含光源58，所述光源58将在刷牙期间朝向牙齿聚焦，并且可以由相机用来检测某些异常。

某些相机56和可能的光源58也可以被实现以检测牙齿上的牙菌斑的水平以及在刷牙期间牙菌斑水平的变化。在某些实施方案中，检测并记录在此波长范围内的光的红外或近红外光源58和合适的相机56可以潜在地允许牙菌斑的检测。

用于刷牙分析和反馈的程序

牙刷1的各种传感器可以收集与使用者刷牙质量或使用者牙齿的整体牙齿健康有关的数据。随后可以使用安装在牙刷监测系统100的各个部分中的程序或应用来处理此数据。因此，如上所述，来自传感器的数据可以由通过牙刷1的控制器13执行的程序或者移动设备30或者可替代地服务器4上的处理器来处理。系统100对数据的处理和分析将产生表示与使用者的刷牙质量有关的反馈的输出数据。可以通过音频反馈通过牙刷1扬声器50、在牙刷1指示器52上可视地、或者在相关联的移动设备30上两者或者当在托管或与服务器4通信的网站上访问时来传达此反馈。

图4示出牙刷1评估特定使用者的刷牙质量的过程的实例。在特定实施方案中可以不需要每个步骤，但是这些步骤的各种组合可以在牙刷监测系统100中实现。首先，使用者可以将使用者简档70输入到牙刷监测系统100中，以允许使用者校准牙刷72。在一些实施方案中，牙刷1可以在工厂处由使用者或两者校准。在校准之后，使用者可以拿起牙刷1并且开始刷牙。牙刷将随后确定开始刷牙74，并且在刷牙期间开始记录传感器数据76。随后，牙刷监测系统100可以分析传感器数据78以向使用者输出刷牙质量反馈80。

使用者简档

因此，首先可以为某个牙刷1的每个特定使用者输入70使用者简档60或者将其与存储在服务器4上的特定账户相关联。在对服务器4上的新牙刷或新账户进行初始化时，使用者可以输入他们可用于确定最佳刷牙时间和特征的信息。例如，程序15可以首先请求使用者的姓名、性别、身高、体重、年龄以及他们的牙科病史上的某些问题。使用者简档60可以随后与使用者在使用牙刷期间记录的特定数据相关联，包括特定于某些牙刷1的校准数据，或者是通用的并且可以应用于连接到系统100的任何牙刷1。

检测使用

刷牙监测系统100还可以确定是否已经发生使用以及每天的使用次数。在一些实施方案中，牙刷通过运动传感器11检测运动数据并分析数据以确定是否已经发生使用，或者牙刷是否已经移动或者假装使用。当检测到指示使用的运动时，牙刷1可以将位置和运动数据存储在其存储器14中以供之后分析。例如，这将防止记录误报，例如当使用者在药柜中移动牙刷时，或者通过短暂地摇动牙刷来避免绕过系统的儿童。

例如，指示使用的移动可以与作为特定使用者的特征的某一加速度水平和/或频率相关联。在其他实施方案中，使用者可以按压牙刷1上的按钮或开关以唤醒设备上的传感器，所述传感器将随后开始记录数据。因此，牙刷1将确定什么时候开始刷牙74。在一些实施方案中，这将例如在检测到某些加速度和频率时自动执行。因此，一旦使用者拿起牙刷，运动传感器11就可以开始记录数据76并将其发送到系统100中的各种控制器13中的任何控制器，以分析78其与刷牙相关联的特征。例如，牙刷1在使用之前通常将在将不适用于由握持牙刷1的使用者进行刷牙的取向上朝向上方搁置在其基座2上。因此，一旦使用者拿起牙刷1，牙刷1通常将大体上旋转大致45度，以在刷牙期间主要保持水平。因此，用于确定开始刷牙74的一个阈值标准是牙刷1是否已经在指示牙刷1水平或接近水平的某一角度范围内倾斜。这可以是20度、5度、10度或其他合适范围的角度范围。此外，一系列校准会话可以指示合适的范围。

在其他实施方案中，系统100可以使用来自运动传感器11的运动数据的统计分析来执行是否已经开始74刷牙以及是否已经停止刷牙的确定。此统计分析可以通过将来自运动传感器11的数据与先前的刷牙或校准数据或从其他使用者存储的数据相关联来执行。例如，在执行分析之后，可以确定运动数据与先前记录的与使用相关联的校准数据的相关性的某个阈值，其指示已经开始74刷牙或者正在进行刷牙。因此，一旦使用者开始刷牙，系统100可以记录已经开始74使用并且将数据76记录在存储器14中，直到使用停止作为刷牙数据，例如在相关性降低低于某一阈值之后。所述分析可以利用仅比较相对移动的指纹或签名类型分析。可以基于某个轴的加速度来确定签名，因为刷牙的运动通常以相对快速的运动来执行，所述运动与例如将其放回到橱柜中的牙刷1的任何其他偶然运动不相似。此外，可以监测刷牙频率，因为刷牙通常是快速的周期性运动，并且因此可以使用各种带通频率、低通和卡尔曼滤波器或其他技术来识别在指示刷牙的那些频率中的某些感兴趣的频率和振幅。频率中的这些振幅可以是达到阈值振幅的某些频率，其被关联或确定为指示使用者正在刷牙。例如，系统100可能需要水平轴或垂直轴上的某些频率来确定开始74刷牙，或者系统可能需要达到某些阈值的某些周期性加速度来确定已经开始74刷牙。在一些实施方案中，这可以是1-5Hz的频率。一旦由控制器13分析的数据下降到低于指示使用的某一阈值，那么系统100就可以停止记录数据或确定已经停止刷牙。

除了统计分析之外，系统还可以通过使用滤波和阈值分析来检测指示使用或实际刷牙的移动。例如，系统100可以首先对来自运动传感器11的数据进行滤波，以仅在某个频带(如刷牙是周期性的)中通过频率，并且监测这些频率以检测一个信号在至少某一数量的循环或持续时间内何时达到阈值，以确定使用者正在刷牙。例如，如果使用者以平均1-5Hz(或者在电动牙刷的情况下可能更小)来刷牙，那么可以实现1-5Hz的带通滤波器。因此，当系统100检测到1-5Hz范围内的频带的振幅达到指示使用的阈值时，控制器13可以开始在所述持续时间内将来自传感器的数据记录在存储器14中，所述运动数据指示正在使用牙刷1。此外，也可以使用某一轴的周期性加速度或达到某一阈值振幅的角加速度(用于圆形刷牙)来指示已经开始刷牙。数据的分析还可能受到牙刷1是否包括电动马达来振动头部以帮助刷牙的影响。在那些实施方案中，可以对数据进行滤波以消除电子马达产生的高频加速度和其他噪声。

在一些实施方案中，可以确定基于使用者使用牙刷1执行的移动的类型的刷牙质量。牙医指出，某些移动更有利于刷牙，包括循环移动、顺时针和逆时针运动、尖端到根部运动以及从左到右的运动。系统100可以通过在指示每个运动的某个轴中对来自运动传感器11的数据进行滤波来确定这些运动是否正被执行这些运动的相对量。例如，来自运动传感器11的数据可以在与重力水平的轴上进行滤波，并且控制器13或其他系统100处理器可以处理所述数据以确定加速度、频率或其他运动数据是否在某个方向上达到足够大的振幅，以指示执行特定运动。例如，可以单独利用加速度来确定是否正在使用前后运动或圆周运动。在其他实施方案中，来自运动传感器11的加速度数据可以被整合以确定牙刷1的实际移动以评估所使用的牙刷行程的类型。数据的分析还可能受到牙刷1是否包括电动马达来振动头部以帮助刷牙的影响。在那些实施方案中，可以对数据进行滤波以消除电子马达产生的高频加速度和其他噪声。

在一些实施方案中，用于振动头部42的电子马达可以包括在牙刷1中。在那些实施方案中，由与刷牙移动有关的传感器记录的运动数据将具有比手动牙刷1更小的振幅。这是因为手动牙刷的使用者在没有电子马达和移动头42的帮助的情况下将以更剧烈的运动来刷牙。因此，用于分析运动数据以检测牙刷的使用、运动和位置的算法将被修改以说明较低的振幅和/或不同的运动，并且包括来自马达的高频噪声的滤波。因此，在一些实施方案中，为检测或指示牙刷行程所需的振幅设置的阈值将会更小，因为使用电子牙刷的使用者通常以较慢的速度移动牙刷，并且进行更直线的移动。

此外，还可以利用压力传感器10来确定刷牙是否实际上正在执行，或者与来自以上的运动数据相结合。例如，使用者可能正在四处移动牙刷1但不压在牙齿上。因此，需要具有某一频率、振幅或特征的运动以及某一压力将消除牙刷在刷牙期间未发生的偶然移动或压力的许多误报。因此，压力传感器10可以输出由控制器28分析78的信号以确定施加到牙齿的压力。如果压力高于某个阈值，那么系统100可以指示或确定使用者可能正在刷牙。此分析可以通过统计分析、阈值分析或其他合适的计算方法来执行，以用于基于由压力传感器10记录的压力的量和/或持续性来确定刷牙的可能性。

用于可替换头部的使用监测器

此外，可替换的牙刷1头部42的总使用次数可以被检测并存储在牙刷1的存储器13中或者与服务器4相关联，以监测单个牙刷1头部42的使用寿命。因此，一旦特定牙刷1头部42已使用特定次数或持续时间，那么系统100就可以例如在其移动设备30上将通知提供给使用者或者通过网页界面将通知提供给服务器4。一旦头部42已经用尽，使用者就将断开连接并重新连接新的头部42，所述新的头部42可以由系统100解释或记录为附接新的牙刷1。此外，每个头部42可以并入唯一的身份模块62，所述身份模块62存储用于所述特定头部42的标识符，因此当例如为了清洁或其他目的而重新附接相同的头部42时，系统100将不假定已经附接新的头部42。

刷牙时间和位置

接下来，可以分析78以上记录的刷牙数据以提供关于刷牙80的位置和时间质量的反馈。这可以在已完成刷牙之后或者实时地呈现以将即时反馈提供给使用者。例如，运动传感器11可以检测牙刷1的位置信息。通过使用加速度计和陀螺仪数据或其他运动传感器11，牙刷1的位置、取向和移动可以被确定并推测以计算头部42的相对位置移动。例如，如果运动传感器11到头部42的刷毛部分的距离、取向和方向是已知的，那么系统11将能够确定头部42的位置及其相对运动、取向以及基于运动传感器11的相对运动的覆盖区域。这可以通过初始计算牙刷1检测运动的参考坐标并记录相对于初始坐标的相对运动以确定刷牙的签名来进行计算。这可以通过计算头部42的移动、通过计算牙刷的取向和移动由于由陀螺仪或加速度计记录的加速度引起的改变来执行。这些计算可以由控制器13或系统100中使用的其他处理器执行，包括在移动电话上执行应用程序的移动电话处理器或者运行软件的服务器上的处理器，以便分析数据。

在一些实施方案中，磁力仪传感器11可以通过检测由磁场发射器110产生的极性、方向矢量和地球磁场强度和/或磁场来提供附加的位置信息。在一些实施方案中，这可以是位于基站2中的磁场发射器110，因为基站2是静止的，并且磁场发射器110将具有已知的极性和方向(例如水平或垂直并且在某个方向上)。这可以通过位于牙刷1中的磁力仪11来检测。因此，由磁力仪传感器11检测到的磁场的强度将给出牙刷1沿着表示围绕基站2的磁场线的球形或椭圆形曲线或蛋形曲线距离基站2的距离的估计值。此外，磁力仪将能够感测沿着磁场线的磁场的矢量方向。在其他实施方案中，牙刷1距离基站2的距离可以使用以下各项来计算：从磁场发射器110发出的由磁力仪传感器11检测的磁场取向以及加速度计和陀螺仪的姿态信息。利用在距离发射器的特定距离处的磁场形状及其矢量和其极性的知识是可能的。例如，磁场相对于重力的倾斜将在例如距离磁场发射器的不同的距离处可预测地改变。此外，通过将重力矢量与磁场的矢量进行比较，可以利用所述角度来计算沿着壳体或磁场线的高度。这是因为相对于重力的场的角度在每个高度处将是不同的，因为壳体将在每个高度处相对于重力以不同的角度定向。当北极和南极在垂直方向上定向时这一点尤其正确，使得磁场线的分量从靠近壳体的底部和顶部的水平变化成在发射器的高度附近垂直。

因此，与加速度计数据组合的磁力仪数据可以用于确定牙刷1在位于发射器110周围的具有相同磁场强度的水平面内的环内的位置。例如，图5示出具有单个线圈磁场发射器110的基座2的实施方案，所述基座2产生具有在垂直平面中改变方向的B(磁)场矢量的切片的壳体。牙刷1上的传感器11可以包括用于检测由磁场发射器110产生的磁场的磁场传感器11，以及用于检测除其他加速度之外的重力加速度ag的加速度计11。因此，牙刷1上的磁力仪11可以用由发射器110生成的B场定位。因此，磁场强度和方向(Bt)可以由磁力仪11确定。同时，加速度计11可以将来自重力的加速度检测为矢量ag。系统100可以分析所述数据，并且确定重力矢量ag与磁场矢量Bt之间的Qo。

随后可以使用角度Qo来确定环R，其中牙刷1位置已知在沿着环R的某个点处。例如，首先，由磁力仪11检测到的磁场B的强度可以用于确定牙刷在哪个磁场蛋或圆环形壳体上(例如，B1、B2或B3)。这将使牙刷1的位置向下变窄到围绕发送器110的中空壳体或圆环。接下来，Qo可以被组合以计算壳体或圆环上的垂直位置，并且因此使沿着发射器110周围的环R的位置变窄。因此，如果系统100检测到新环R的移动，那么系统将具有关于可能的行进方向和距离的信息。此信息将通过加速度计数据得到增强，这将进一步提供关于行进方向的信息。这例如可以提供牙刷1行进的方向和/或距离的某些上限或下限。因此，可以利用此系统100和数据处理技术来提供牙刷1的相对位置和移动信息，并且应用来确定如本文所述的嘴中的刷牙位置。

在一些实施方案中，磁力仪传感器11可以感测由磁场发射器110发射的磁场。为了做到这一点，此磁场数据必须从外来的噪音并且特别是从地球的磁场中过滤出来。地球的磁场在牙刷移动的规模上的给定位置处将具有相对恒定的强度和方向。此外，地球的磁场相当大，并且大多数磁力仪都是根据地球磁场的尺度进行校准。因此，为了使用针对地球磁场校准的磁力仪，例如在检测地球和发射器110磁场两者以计算取向和位置变化的实施方案中，必须使用某些滤波算法来区分这两者。在一些实施方案中，可以用于对两者进行滤波的关键数据是与由磁场发射器110发射的检测到的磁场的变化相比，地球磁场的强度在牙刷移动的尺度上保持相对恒定。因此，可以应用时间滤波器来区分这两个磁场。在一些实施方案中，由发射器110发射的磁场可以以特定频率或振幅脉冲化，以便使用信号处理和数据分析容易地滤出。

在一些实施方案中，也可以利用从磁力仪11输出的矢量数据的磁场方向分量来计算相对位置变化和/或取向。例如，在一些实施方案中，发射器110可以发送具有图5中所示的矢量取向的磁场。由磁力仪从由发射器110创建的磁场B检测到的定向信息或矢量信息对于提供取向和或相对位置信息可能是有用的。可以随后将此数据与来自从地球磁场检测到的定向矢量信息的数据组合，所述数据可能具有与地球磁场取向不同的取向。因此，磁力仪11可以检测指示地球磁场的方向的矢量和发射器110的磁场的矢量，以提供用于空间取向和位置变化的参考。

在一个实例中，感测地球磁场的磁力仪可以感测牙刷1在水平面中的取向，如图5中所示的磁经或围绕Z轴线。在一些实施方案中，这可以包括不仅在水平方向而且在垂直方向上的矢量，所述矢量将是恒定的并且基于在特定地理位置处的地球磁场的倾斜。在其他实施方案中，发射器110可以被放置在用作参考点的对角线、水平、垂直或其他已知取向中，以计算磁力仪11的取向以及磁力仪11和牙刷1的位置变化。

此外，基于牙刷1在由使用者和基站的磁场发射器110使用时的相对取向而可能需要校准。由于磁场线的形状和取向基于相对于磁场发生器的位置而变化，因此可能需要执行不同的规则、校准或调整。例如，在磁场发生器的侧面附近，磁通线可以被在第一方向上定向；然而，在发射器110的任一极性端附近(例如，在上方或下方，或右侧或左侧)，磁通线可以在发射器110的侧面或中间附近垂直于第一方向定向。此外，可能需要使用者距离发射器110一定距离来刷牙，以确保在所述位置产生用于测量的合适磁场。物理定向在垂直方向上的线圈的有利方面在于假定相对高度相同，在发射器110(并且通过代理服务器、基站2)的所有侧上产生的磁场相对相同，并且因此校准可以需要更简单的算法和/或过程。然而，如果线圈位于水平面内，那么取决于基站2的取向，磁通线可以在不同的方向上行进。在所述实施方案中，可以指示使用者旋转基站2以使其相对于使用者在使用者通常刷牙的某个方向上指向。在其他实施方案中，校准可以能够利用或适应由发射器110发射的磁场的矢量方向的变化。

来自磁力仪11的数据可以与从加速度计11输出的数据或来自陀螺仪11和加速度计11的数据组合以确定取向和/或位置。例如，可以首先利用加速度计11的数据来确定牙刷1相对于重力在相对较小的加速期间的取向，因此重力加速度将由三轴加速度计检测，从而可以确定牙刷1是否相对于朝向地球指向的重力围绕处于水平平面内的横向轴线倾斜，或者如何围绕其纵向轴线(纵向延伸穿过牙刷的纵向轴线)旋转。如果加速度计数据指示牙刷1正在经历相对于正常刷牙移动的相对小量的加速度，那么控制器可以确定牙刷1相对静止，并且可以利用加速度计数据来确定在重力方向上定向的矢量。如果将加速度计数据与陀螺仪数据组合，那么可以确定牙刷相对于重力的姿态的偏差来计算牙刷的姿态。例如，重力矢量的初始记录可以随后被用作参考矢量以确定姿态。随后，可以通过基于陀螺仪数据从初始参考矢量计算取向改变来确定由加速度计和陀螺仪确定的与此初始位置或姿态的偏差。因此，加速度计或加速度计和陀螺仪数据可以用来确定刷毛朝向哪个方向。例如，在一些实施方案中，可以分析加速度计和陀螺仪数据以确定刷毛是否面朝上、面朝前或面朝下、前方、左侧和右侧、可能变窄到特定象限或嘴的其他分区。例如，当牙刷1的刷毛面向下时，它们只能刷下牙的顶部。如果牙刷1的刷毛面向上，那么只能刷上牙的牙冠或牙尖。作为另一个实例，当牙刷1面向右时，它只能刷磨臼齿的左侧等。此外，在一些实施方案中，相对于重力的取向将是确定性的，因为代表重力的矢量总是指向朝向地面或地球的方向，并且刷牙将很可能会发生直立。因此，可能在一些方面或取向平面上确定刷毛相对于牙齿的取向。在某些实施方案中，可以确定性地进行这些计算，或者使用统计数据和/或口腔的改型模型进行估计。例如，如果加速度计感测到牙刷的刷毛在一定的误差范围内或在统计上显著的余量内面向下，那么系统可以确定被刷的表面可能是下牙的顶部(或者例如舌头)。在其他实施方案中，如本文所公开的，可以相对于彼此计算刷牙取向，因此每次使用者刷牙时都可以适合嘴巴的模型。

为了确定在垂直于重力的水平面中的取向，可以利用例如由基站2发射器110产生的地球磁场或磁场。在一些实施方案中，磁场发射器110将生成具有方向矢量的磁场，所述方向矢量在垂直于重力的水平面中改变方向。因此，即使绝对方向未知，也可以在水平面中确定牙刷1相对于由磁力仪11检测并由发射器110发射的磁场的相对取向。因此，可以确定水平面中的所述取向的相对变化，并且可以确定沿着参考坐标系的移动路径。在一些实施方案中，参考坐标系可以基于在刷牙会话期间记录的初始或任何其他数据点中的一个。如本文所公开的，可以利用这些相对变化来在使用者完成刷牙之后通过使用相对位置来计算位置或重建形状。

在一些实施方案中，可以利用来自陀螺仪、磁力仪和加速度计两者的数据来确定相对于重力以及地球磁场和发射器110磁场中的任一个或两个的取向。在一些实施方案中，取向可以由不同的传感器11确定并且确认或验证。例如，来自陀螺仪的角速度可以被整合以确定在某些方向上的取向改变，但是可以使用磁力仪读数来校正来自整合的误差。在其他实施方案中，磁力仪、陀螺仪和磁力仪中的任一者或两者可以以各种组合来利用以确定取向。

在一些实施方案中，取向可以被单独用来使用如本文所公开的统计分析来确定牙刷1的位置。在其他实施方案中，陀螺仪和/或加速度计检测到的惯性变化可以与磁力仪11读数结合使用或与磁力仪11读数分开使用，以提供移动或距离的进一步指示来计算牙刷1的刷毛的估计位置。在一些实施方案中，取向信息可以与从传感器11输出的指示平移惯性或位置变化的数据组合。取决于惯性传感器的位置，取向信息可以与惯性移动数据结合以指示刷毛的位置。例如，如果运动传感器11位于牙刷1的内部，但是在使用者将握持牙刷1的牙刷的纵向轴线的中间，那么取向改变将移动头部而不移动运动传感器11的位置(尽管其可以在适当的地方旋转)。因此，取向信息也可以用来计算刷毛相对于传感器11位置的空间位置。

移动或位置变化也可以通过由磁力仪11输出的数据来计算。在一些实施方案中，磁力仪11可以检测由基站2中的磁场发射器110或与牙刷1分离的另一静止部件产生的磁场。在此实施方案中，由单轴、两轴或三轴磁力仪11感测到的磁场的强度和取向可以提供关于牙刷1相对于基站2中的磁场发射器110的位置移动的附加数据，这是固定和静止的。因此，磁场的增加或减少将表明牙刷1正在朝向或远离基站2移动。此外，由磁力仪11输出的磁场的取向或倾斜度及其极性的变化可以用于确定平移和位置。此信息可以用来基于校准或实验数据来确定磁场强度的每单位变化相当于多少基于移动方向的距离(因为通过磁场的不同方向将具有更高或更低的变化速率)。在其他实施方案中，磁场的倾斜或形状的每单位变化也可以与位置的变化相关。每次设置本文公开的牙刷系统时，水平磁场的相应取向可以不同，包括在基站2中并入磁力仪的这种系统。这是因为每个使用者在刷牙时如何站立和/或如何将基站2定位在柜台的顶部上可能会针对每个使用者而改变，并且甚至每次在清洁台面之后等等都会有所改变。因此，自适应统计分析可以用来确定牙刷1的刷毛的相对位置。

通过从磁力仪11输出的磁场数据计算的位置数据可以与惯性数据组合以计算牙刷1的位置变化。在一些实施方案中，可以利用惯性数据来计算行进的距离，并且也可以利用磁力仪数据来消除误差，和/或基于惯性数据为计算提供位置变化的界限。例如，磁场强度的变化可以具有一定的最小下限，假定直接垂直于它们最受压缩的磁场线行进。考虑到磁场强度的一定变化，可以确定磁力仪已经在空间中至少行进了一定的欧几里得距离(或者改变了某一角取向)。倾斜和场强度的这些变化可以用来确定在可以根据加速度计或陀螺仪数据补充或微调的某些误差范围内的距离变化。此数据可以与取向和惯性数据结合以确定牙刷1的更精确的行进距离和相对定向行进。

为了利用来自传感器的数据来估计在每个部分、象限或口腔的其他逻辑分区中花费的时间量，使用者可能需要校准牙刷1。在一些实施方案中，校准可以在工厂处、由使用者或两者进行。因此，可以利用校准来校准特定制造的单元，并且适应特定使用者的地理、解剖学(即高度)和/或浴室环境，其例如可以包括独特的磁干扰独特的高度和取向(桌面可能不水平等等)。例如，在一些实施方案中，使用者可以将有色凝胶涂抹到他们的牙齿上。一旦牙刷1就位于牙齿中，使用者就可以随后在校准模式下转动牙刷1，并且在运动传感器11和其他传感器正在记录数据的同时刷掉所有有色凝胶。此时，使用者可以关闭校准以停止采集校准数据。在其他实施方案中，一旦使用者打开校准功能，牙刷1将检测到使用者已经开始和停止刷牙的时间点，包括刷牙中的任何暂停。此校准程序提供参考位置、取向和运动校准数据，随后可以使用统计分析78或其他分析方法将其与随后的牙刷进行比较，以确定后续的牙刷是否已刷过口腔的所有区域持续足够时间。

一旦设备被校准，或者使用来自先前的刷牙或其他模型使用者刷牙的参考数据，可以将来自每次使用的刷牙数据与参考数据进行比较以评估其质量78并确定牙刷1在新获取的数据中的位置。例如，校准数据可以用来准备特定使用者的嘴的形状和尺寸的统计模型，并且用来创建用于确定牙刷1何时刷使用者的嘴的任何特定部分的某些统计边界。随后，一旦使用者第二次开始刷牙，那么新记录的数据可以随后与和使用者简档60相关联的校准刷牙数据重叠或关联，以确定刷牙中是否存在任何缺陷以及在哪里存在缺陷。例如，系统100可以确定花费多少时间来刷每个象限、多少行程，或者执行刷牙的其他评估。此外，分析可以指示使用者在某些区域刷得太多，或者通常或在使用者嘴巴的特定部分中未使用正确的行程模式。

相关性可以通过统计分析来执行，例如，可以简单地通过测量3xz空间中的欧几里得距离来对这种差异进行定量比较。可以随后通过使用包括主成分分析(PCA)、层序聚类分析(HCA)、回归分析和线性判别分析的统计分析来处理这类矢量。可以利用适用于高维数据的统计方法。例如，HCA系统地检查代表每种运动类型或位置数据的数据之间的距离。随后可以生成树状图，所述树状图显示来自数据向量之间的欧几里德距离的数据聚类，很像祖先树。

每个统计数据集群可以代表每个部分的传感器数据、象限或使用者口中的其他逻辑分区。例如，嘴可以被分为顶部和底部，其中顶部和底部各自具有右前部和左部，并且右部、前部和左部中的每一个都具有内部、顶部和外部面。因此，嘴可以具有36个不同的部分、10个部分、8个部分、12个部分、或者4个部分(象限)，只有顶部和底部、只有外部和内部、以及其他逻辑分区。因此，使用参考数据，系统100中的控制器13或其他处理器(例如，移动电话或服务器中的处理器)可以计算置信区间或者指示牙刷正在刷使用者的嘴巴的特定部分的可能性的其他值，但是确定行程与这些部分中的校准数据相关或有关的可能性。为了获取参考位置，可以指示使用者在嘴巴的相同位置开始刷牙。那样，数据在已知的位置处开始，并且可以用它作为参考点以使用统计分析使其余的数据关联。例如，来自由运动传感器11检测到的牙刷1的参考位置的角度、取向、计算距离和其他特征可以基于校准数据指示每个新位置与嘴巴的特定位置相关的可能性。

在其他实施方案中，如果统计分析显示具有牙刷在嘴巴的部分内的大于95％、85％、80％或其他合适的确定性，那么控制器13或其他系统处理器(例如，智能电话、服务器或其他部件中的处理器)可以处理统计数据并且确定牙刷正在刷嘴巴的某一部分。在一些实施方案中，可以修改刷牙静态分析的特异性或灵敏度以匹配特定使用者的变化。

此分析可以包括输出80，所述输出80允许控制器13或其他处理器确定哪些牙刷行程在嘴巴或牙齿组的每个部分中，并且因此使用者花费多少时间来刷每个象限、一半或牙齿或者嘴巴的其他逻辑分区、以及这些时间如何与推荐计划比较。在其他实施方案中，可以记录进入某个区域的开始和结束的时间，或者其他合适的方法来确定花费了多少时间来刷嘴巴的每个部分。

在一些实施方案中，系统100可以不是检测牙刷的位置，而是可以引导使用者一次刷嘴巴的某些部分，并且仅确定使用者是否实际上正在刷牙，并且只有在检测到指示刷牙的运动时计数或记录刷牙时间。随后，一旦刷牙已经在指示部分中记录了规定时间，那么系统100将在使用者实际上正在刷牙时向使用者指示是时候移动到嘴巴的下一部分以及过去时间。这防止使用者在每个部分中休息并且因此刷牙少于最佳时间量。因此，控制器13或其他处理器可以分析来自传感器11(或压力传感器10)的数据以记录使用者在每个部分中刷牙的时间量，而系统100指示使用者应在所述特定部分中刷牙。

在其他实施方案中，通过刷牙施加在头部42上的压力也可以由结合到牙刷1中的压力传感器10来检测。例如，压力传感器10可以结合到42中，并且检测与使用相关联的压力。此外，压力可以被映射到各种位置数据，并且因此系统100的控制器13或其他处理器可以计算用于刷嘴巴的每个区域的压力的量。

反馈的展示

一旦系统100的一个或多个控制器13或包含在系统100的智能电话、服务器或其他部件中的其他处理器已经分析使用数据78，那么就可以通过扬声器50、牙刷1上的视觉指示器52或者通过与系统100进行数据通信的相关联的移动设备30或其他计算设备将反馈呈现给使用者80。此反馈可以立即呈现或者可用于访问检查进度。

例如，可以在刷牙期间向使用者80提供瞬时反馈，其包括通过音频或视觉方式的指示，其指示剩余多少时间、是否刷得更硬或更软、是否已充分刷过某些象限、以及何时完成刷牙。例如，可以通过扬声器50产生红灯或停止声音来指示刷牙完成。

此外，历史和平均刷牙时间和位置数据可以使用图形、图表、百分比和其他度量在移动设备或其他计算设备上呈现给使用者80。例如，可以向使用者呈现每天、每个象限所花费的平均时间以及使用者刷牙一次、两次或其他次数的平均天数。此外，可以计算刷每个牙齿所花费的平均时间，并且将其在移动设备30或其他计算设备上呈现给使用者。在移动设备上运行的程序15可以使用移动设备30控制器13来控制数据的呈现。

用于牙医整合的API

还可以开发API以将刷牙和使用数据传送给牙医，以便进行专业评估并反馈刷牙习惯和技术。此外，可以对此数据进行评估以确定导致包括蛀牙和牙龈疾病的更多牙科问题的刷牙技术。例如，行程的宽度或高度可以与沿着牙刷到达的牙龈线的高度相关，从而指示是否适当刷牙龈。这可以分析来确定高度上的短行程是否导致牙龈疾病的更频繁的实例。

游戏化

使用数据还可以用于创建游戏，以供儿童或家庭成员单独玩或彼此玩，以达到使用的某个阈值。这可以为使用者定期刷牙提供独特的激励工具。因此，由于延迟的反馈例如在牙龈疾病或蛀牙的情况下通常在心理上打折，所以本公开的更直接和持续的具体和定量的反馈将提供更好的激励来遵守推荐的刷牙方案。

Claims (17)

1.一种用于监测刷牙和遵守刷牙计划的电子牙刷系统，其包括：

牙刷，其包括手柄和头部；

基站，其包括发射磁场的磁发射器；

加速度计，其并入所述牙刷中，并且被配置来输出表示由于重力的加速度的方向的数据；

磁力仪，其并入所述牙刷中，其被配置来输出与所述磁场的强度和方向有关的数据；

存储器，其用于存储由所述加速度计和所述磁力仪输出的所述数据并且与控制器进行数据通信；以及

控制器，其至少基于由所述磁力仪和所述加速度计输出的所述数据来确定牙刷在空间中的取向，其中所述空间中的取向相对于重力和所述磁场来确定。

2.根据权利要求1所述的刷牙系统，其中所述牙刷还包括陀螺仪，所述陀螺仪输出与所述牙刷的取向变化有关的数据，并且其中所述控制器另外基于从所述陀螺仪输出的所述数据来确定所述牙刷在空间中的取向。

根据权利要求1所述的刷牙系统，其中控制器还使用从所述加速度计和所述磁力仪输出的数据来确定所述牙刷的相对位置变化。

3.根据权利要求1所述的刷牙系统，其中所述控制器利用从所述磁力仪输出的所述数据来确定所述牙刷在其内已经改变位置的估计的距离窗口。

4.根据权利要求1所述的刷牙系统，其中所述控制器利用统计分析来确定取向。

5.根据权利要求1所述的刷牙系统，其中所述控制器利用统计分析来确定位置变化。

6.根据权利要求5所述的刷牙系统，其中所述统计分析是基于在每次刷牙会话过程中确定的参考坐标系使用相对位置变化来进行的。

7.根据权利要求6所述的刷牙系统，其中所述统计分析是通过在所述处理器确定完成的刷牙会话之后，将来自所述磁力仪和所述加速度计的所述数据拟合到校准数据来进行的。

8.根据权利要求1所述的刷牙系统，其中所述控制器通过分析来自所述磁力仪的表示所述地球磁场的所述强度和方向的数据来另外确定所述牙刷的所述取向。

9.一种用于监测刷牙和遵守刷牙计划的电子牙刷系统，其包括：

牙刷，其包括手柄和头部；

基站，其包括发射磁场的磁发射器；

加速度计，其并入所述牙刷中，并且被配置来输出与所述牙刷的加速度有关的数据；

磁力仪，其并入所述牙刷中，其被配置来输出与检测到的所述磁场的所述强度有关的数据；

存储器，其用于存储由所述运动加速度计和所述磁力仪传感器输出的所述数据并且与控制器进行数据通信；以及

控制器，其至少基于由所述磁力仪和所述加速度计输出的所述数据来确定所述牙刷的位置移动的相对距离和方向，其中所述移动方向相对于重力和所述磁场来确定。

10.根据权利要求9所述的刷牙系统，其中所述控制器利用从所述磁力仪输出的所述数据来确定所述牙刷在其内已经改变位置的估计的距离窗口。

11.根据权利要求9所述的刷牙系统，其中所述牙刷还包括陀螺仪，所述陀螺仪输出与所述牙刷的取向变化有关的数据，并且其中所述控制器另外基于从所述陀螺仪输出的所述数据来计算牙刷在空间中的取向。

12.根据权利要求9所述的刷牙系统，其中所述磁场发射器定向在所述基站中，以便使所述磁场的极轴位于大致水平的平面中。

13.根据权利要求9所述的刷牙系统，其中所述磁场发射器定向在所述基站中，以便使所述磁场的极轴位于大致垂直的平面中。

14.一种用于确定牙刷相对于重力和磁场的取向的方法，所述方法包括：

利用牙刷基站中的磁场发射器产生磁场；

在校准会话期间记录校准数据，所述校准数据来自并入牙刷中的表示所述牙刷的所述加速度的加速度传感器以及来自并入所述牙刷中的表示由所述磁力仪检测到的所述磁场的强度的磁力仪两者；

将所述校准数据存储在存储器中；

在刷牙会话期间记录来自所述加速度传感器和所述磁力仪的使用数据；以及

对所述使用数据和所述校准数据执行统计分析以确定所述牙刷相对于重力和所述磁场的至少一个取向。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述统计分析使用回归分析来执行。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述统计分析使用在所述刷牙会话期间记录的使用者的嘴中的参考开始位置来执行。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述对所述使用数据和所述校准数据执行所述统计分析还包括确定所述牙刷的相对位置移动。