CN109788845B - 智能牙刷 - Google Patents

Abstract

一种智能牙刷，包括：牙刷本体，其包括用于刷牙的头部以及手柄；传感器，其用于在刷牙过程期间在各个点处检测牙刷在口腔中的位置；计时器，其用于记录每个所检测位置出现的时间；以及具有存储器的计算模块，该计算模块配置为：记录在刷牙过程期间在各个点处的所检测位置；记录检测到每个所检测位置的时间；以及使用所记录的位置和时间信息产生牙刷在刷牙过程期间所采取的行程的地图。

Description

智能牙刷

技术领域

本发明涉及一种智能牙刷，更具体地涉及一种能够产生在刷牙过程期间由牙刷所采取的行程地图的智能牙刷。

背景技术

刷牙的做法已经确立，并且对于许多人来说，刷牙的做法已经是他们早晨和晚上日常活动的一部分比他们记忆中的时间长。然而，越来越多的证据表明，牙科护理的成功不仅取决于个人是否刷牙，还取决于他们的刷牙技术。

牙科手术中的高分辨率刷子跟踪是已知的(Oral-Insights，US20120310593A1)，但是其使用复杂的磁场和广泛的硬件，从而使得其耗时且难以使用。此外，用户必须拜访具有必要设施的牙科医生。需要更加用户友好的系统，特别是能够使得用户在家中的日常场景中评估其刷牙技术而无需牙科专业人员的存在。

存在用于监测刷牙的基于家庭的技术。这些技术允许使用独立电子刷或与移动装置系统结合的刷子进行对刷牙性能的移动评估和反馈。与Oral Insights系统可实现的准确性相比，这些系统中的大多数都显著缺乏准确性。

刷牙的效率不仅取决于所访问的口腔区域，还取决于这些区域之间采取的路径、这些区域的访问顺序以及每个区域所花费的时间。这些特征共同定义了刷牙过程的行程。通常，用户会在不知不觉中遵循习惯或惯例的行程，而头脑中没有特别的目标。这可能导致口腔的某些区域接受更好或更差的处理。

提供牙刷位置数据的装置是已知的。然而，现有的牙刷监测装置孤立地处理口腔区域，而忽略了访问这些区域的时间顺序和/或所采取的刷牙路径。由于这些现有装置不提供与所刷区域的时间过程(即顺序或行程)有关的信息，因此它们不能向用户提供与其刷牙技术的有效性有关的任何信息。

如上所述，具有用于确定和/或跟踪用户口腔内的位置的传感器的牙刷是已知的。然而，对于用户而言，准确性和不便之间存在折衷。众所周知，磁场和磁力计可用于在实验室或牙科手术中确定牙刷在刷牙期间的精确位置。需要一种能够在家庭环境中刷牙期间准确地测量牙刷在用户口腔中的实际位置的系统。

用于跟踪和评估刷牙活动的方法可能受到强烈噪声和可变性的影响。通过精确地检测刷牙动作的开始，即刷毛与牙齿或牙龈表面的接触，可以消除很大一部分噪音。对于手动牙刷而言，这可以通过活动和声级测量的组合来实现(US20130166220A1)。

发明内容

因此，本发明旨在通过根据第一方面提供一种监测刷牙的方法来解决上述问题，该方法包括：

-指导阶段，其中：

-位置传感器在用户第一(次)自由刷牙期间检测牙刷的位置信息；

-一个或多个额外传感器在第一(次)自由刷牙期间记录牙刷的移动信息；

生成用户特定统计模型，其将位置信息映射到移动信息；以及

-监测阶段，其中：

-所述一个或多个额外传感器在第二(次)自由刷牙期间记录牙刷的移动信息；以及

-牙刷将在第二(次)自由刷牙期间接收的移动信息与用户特定统计模型进行比较，以计算位置信息。

以这种方式，该方法提供两个单独的阶段：指导阶段和监测阶段。通过在指导阶段期间产生适应的统计模型并在监测阶段使用它，可以在家中执行监测阶段，但仍然受益于通常限于牙医和/或卫生师的系统的更准确监测。此外，两个步骤都可以在用户自由刷牙期间执行。这不仅会产生更加用户友好的装置，而且还可以消除因用户遵循“指南”类型指令而导致的错误读取。

这是对可替代校准方法的显着改进，在这些校准方法中，用户必须遵循预设路径来刷某些区域，同时传感器数据用于调应预测模型。这些校准方法的任何预设路径/区域通常与用户的自然刷牙习惯极其不同。这不仅使指导难以遵循，而且还会对自由刷牙反馈的预测模型的性能产生不利影响。

所提出的技术通过提高指导阶段期间的质量和用户体验并因此提高自由刷牙评估和反馈的价值，从而帮助客户更好地刷牙。

现在将阐述本发明的可选特征。这些特征可单独应用或与本发明的任何方面任意组合应用。

可选地，指导阶段包括以下步骤：

-提供智能牙刷，智能牙刷包括至少一个位置传感器以及至少一个加速度计；

-提供外部位置传感器；

-在用户第一(次)自由刷牙期间使用智能牙刷上的位置传感器和外部位置传感器的相对位置检测牙刷的位置信息；

-在第一(次)自由刷牙期间使用加速度计记录牙刷的移动信息；以及

-生成用户特定统计模型，该模型将位置信息映射到移动信息。

检测牙刷的位置信息的步骤可包括记录来自位于牙刷上或牙刷内的加速度计的加速度计数据，以及记录来自外部位置传感器的位置数据。牙刷和外部传感器中的每一个可以将它们的数据单独发送到外部计算机，该外部计算机处理所接收的信息并将来自牙刷的加速度测量结果与来自外部传感器的位置信息相关联。例如，在一些实施例中，在打开牙刷时或响应于牙刷处的任何特定刺激而创建的时间戳提供了用于两组数据的比较和组合的参考点。在一些实施例中，外部计算机采用移动装置的形式。

从组合数据生成用户特定统计模型的步骤可以采用可以针对每个用户训练的多元分类模型的形式。在一些实施例中，除了马哈拉诺比斯距离或多模态概率之外，还可以应用多元正态近似，以便选择最可能的位置或者将权重(似然)分配给特定位置(其可以对应于用户界面处的特定部段)。

可选地，监测阶段包括以下步骤：

-提供移动装置；

-使用加速度计在第二(次)自由刷牙期间记录牙刷的移动信息；以及

-将在第二(次)自由刷牙期间接收的移动信息与用户特定统计模型进行比较以提供位置信息；

-在移动装置上向用户显示位置信息。

应该理解的是，“自由刷牙”仅仅是指用户在没有指令的情况下正常刷牙。与自由刷牙相反的是遵循指令，例如“刷左上牙内表面”。

可选地，指导阶段包括可替代指导模型，其中用户遵循移动装置上的指令引导，其中由可替代指导模型生成的用户特定统计模型将移动装置上显示的位置信息映射到同时从所述一个或多个额外传感器所接收的移动信息。

以这种方式，在不需要对牙刷进行位置输入的情况下仍然可以使用装置。可以理解，这种“引导模式”可能不如“自由刷牙”指导模式准确；然而，在一个系统中提供两种模式允许实现更灵活的装置。

可选地，位置传感器包括外部头戴式传感器。

在一些实施例中，发射器在颌部的参考系中产生磁场。刷子中的位置传感器对场进行采样并且将以给定采样率生成的数据发送回基站。外部位置传感器、牙刷和外部计算机之间的通信优选地是无线的。

可选地，位置传感器包括外部可壁挂式传感器。

可选地，位置传感器位于可壁挂式镜子内。

可选地，位置传感器是磁场发生器以及对应的磁场传感器，磁场传感器位于牙刷上。

可选地，磁发生器可由用户穿戴。

可选地，磁发生器是壁挂式的。例如作为镜子的一部分或附接至镜子。

磁场发生器可以采用DC磁场的形式，例如来自Asencion技术公司的开关DC磁场技术。然而，技术人员将理解可以使用其他商用磁场发生器。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于指导智能牙刷的系统，该系统包括：

-位置传感器，其在用户第一(次)自由刷牙期间检测牙刷的位置信息；

-位于牙刷上的一个或多个额外传感器，其在第一(次)自由刷牙期间记录牙刷的移动信息；以及

-计算机，其包括存储器和处理器，该处理器被编程为通过将来自所述位置传感器的位置信息映射到来自所述一个或多个额外传感器的移动信息来生成用户特定统计模型以创建存储在存储器中的查找表。

以上关于第一方面讨论的可选特征中的任何一个也可以应用于第二方面。

根据本发明的第三方面，提供一种智能牙刷，包括：

-牙刷本体，其包括用于刷牙的头部以及手柄；

-传感器，其用于在刷牙过程期间在各个点处检测牙刷在口腔中的位置；

-计时器，其用于记录每个所检测位置出现的时间；以及

-具有存储器的计算模块，该计算模块配置为：

-记录在刷牙过程期间在各个点处的所检测位置；

-记录检测到每个所检测位置的时间；以及

-使用所记录位置和时间信息产生牙刷在刷牙过程期间所采取的行程的地图。

以这种方式，为用户提供了与用户的刷牙技术的效率有关的增强信息。刷牙效率取决于牙刷在刷牙期间中所采用的路径。本发明提供了与刷子在各个给定时间处的位置有关的信息并利用该信息来跟踪所刷区域的时间进程(即顺序)以及从一个所刷区域到另一个所刷区域的过渡。

通过行程地图，应该理解，牙刷所采取的时空路径是根据所记录的数据产生的。通过这种方式，可以生成比通过简单地记录各个位置而生成的数据有用得多的数据。记录刷不同口腔区域的时间顺序使得能够提供更有意义和个性化的反馈和推荐。

例如，通过记录牙刷围绕口腔的整个“行程”或“行进”，可以确定口腔的一部分是否被忽略。在所记录的路径显示特定用户倾向于在他们口腔的特定位置结束他们的刷牙过程的情况下，该区域很可能不会如在刷牙行程的开始时所针对的那些区域那样受到相同水平的注意。因此，对用户提醒这些是有用的。

类似地，行程的记录可以指示口腔的某些区域被完全错过或很少被访问。这种忽视可导致牙菌斑和染色的增加，并可能导致牙齿的恶化外观和/ 或牙龈疾病。

在被警告这种疏忽时，用户可以相应地调整他们的刷牙行程，以找到更优化的路径，从而实现从口腔的一个区域到另一个区域的最佳过渡。以这种方式，用户可以最小化由于意外忽略和/或不良刷牙技术引起的对口腔健康的任何不利影响。

可选地，计算模块被编程为使用旅行推销员机器学习算法来处理所记录的位置和时间信息，并产生待由牙刷在牙刷过程期间采取的最佳路径的地图。

应当理解，最佳路线寻找的旅行推销员方法是可能的路线/路径寻找算法的一个示例，其可适用于确定待由牙刷在刷牙过程期间采取的最佳路径。

旅行推销员机器学习算法可以采用解决“旅行推销员问题”的任何算法形式。换句话说，该算法接收许多数据点(“过渡矩阵”)；在这种情况下，数据点可以对应于口腔中的多个位置和相关联的定时。该信息被转换为数据点之间每个可能过渡的成本函数。然后，算法确定不同数据点之间的最小成本路线。沿着路线，口腔中的位置中的每个可以被牙刷“访问”多于一次。换句话说，路线可以包括刷口腔中的位置中的一个或多个多于一次。

以这种方式，提供了优化给定个体的路径的示例方法。这可能会考虑用户特定问题，如牙齿敏感度、缺失或错位，以及其他问题区域。通过反转过渡矩阵，可以计算最不优路径。

可选地，牙刷本体还包括：

-用于活性成分的贮存器，该贮存器与头部流体连通；以及

-分配器，其用于在接收到激活信号时通过头部从贮存器分配活性成分。

以这种方式，“智能”牙刷能够基于由牙刷所接收的信息分配活性成分。

有利地，这使得能够更精确地分配活性成分。这避免了许多与常规刷牙相关的问题中的很多个，在常规刷牙中，在刷牙事件开始之前将活性成分预先加载到牙刷的头部上。一个这样的缺点是用户经常在特定位置开始刷牙事件并遵循自动刷牙模式或行程，这意味着口腔的某些区域(通常是在刷牙事件开始时接触的那些区域)比其他区域例行地接收更多的有效成分。通过响应传感器信息选择性地分配活性成分，还可以更好地控制活性成分的浪费(例如由于吐出或未溶解的成分)。还可以避免过量施用活性成分(如漂白剂)，如果过量施用，则可能对用户造成损害。

可选地，响应于来自传感器的信息触发激活信号。

可选地，由传感器检测的信息包括：

-在用户口腔的预定义地图内的位置。

用户口腔的预定义地图可以对应于本文描述的10个部段。

可选地，由传感器检测的信息包括定时信息。定时的开始可以由单个事件触发，例如达到传感器阈值、检测到方向变化、检测到加速度变化。在其他事件中，当两个或更多个传感器同时记录阈值(例如，麦克风和加速度计同时记录声音和移动测量值)时，可以触发定时的开始。

在一些实施例中，可以在牙刷开启时或在刷牙开始时为每个记录制作时间戳。在从牙刷开启时记录时间戳(和相关的记录数据)的情况下，还可以合并确定刷牙开始的额外步骤。本文描述了用于开始刷牙的合适机构。

可选地，智能牙刷还包括至少一个额外贮存器。

以这种方式，可以在同一刷牙事件期间将多于一种的活性成分施用于口腔的一个或多个区域。例如，位于额外贮存器内的活性物质可以提供补配第一活性物质(例如位于第一贮存器内的牙膏)的额外护理步骤。这种额外护理步骤的一个示例是牙龈调理浆液。

不同的活性物质可以彼此同时分配，或者彼此不同时间分配。在不同时间施用不同活性物质的情况下，每种活性物质将由不同的传感器读数触发。例如，当传感器检测到牙刷头处于口腔内的第一预定位置时，可以从第一贮存器分配第一活性物质。当传感器检测到牙刷头处于口腔内的第二预定位置时，可以从第二贮存器分配第二活性物质。

在其他实施例中，第二活性物质可以与从第一贮存器分配的第一活性物质同时从所述至少一个额外贮存器分配。

单独的贮存器能够单独存储可能彼此不相容的活性物质。

可选地，智能牙刷还包括声音传感器，用于检测牙刷头部和用户颌部之间的接触。

可选地，行程地图显示在移动装置上。

在一些实施例中，原始数据在牙刷上处理，然后位置和时间戳则通过无线通信方法发送到外部计算机(其可以采取诸如移动电话或平板电脑的移动装置的形式，但也可以采取智能镜子或壁挂式电脑屏幕的形式)。在其他实施例中，原始数据本身被发送到外部计算机并随后在外部计算机处理 (再次，外部计算机可以采用诸如移动电话或平板电脑的移动装置的形式)。无线通信可以采用蓝牙、Wi-Fi或类似的形式。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于在刷牙期间记录牙刷位置的跟踪系统，该系统包括：

-牙刷，牙刷包括：

-头部；

-手柄部分；

-定向传感器；

-用于检测牙刷和用户颌部之间的接触的传感器；以及

-磁传感器；以及

-磁场发生器；

其中：

磁传感器检测牙刷在由磁场发生器产生的场内的绝对位置。

以这种方式，可以提供对口腔中牙刷位置的精确跟踪。使用惯性测量传感器、声音和定制磁场的组合实现高分辨率牙刷跟踪。特别地，磁场由可穿戴磁体或场发生器产生，从而允许低成本设计并且在牙医诊所中或在家中容易地使用该系统。

可选地，定向传感器是加速度计或惯性测量单元，用于测量牙刷的旋转位置。

可选地，用于检测牙刷与用户颌部之间的接触的传感器是声音传感器；以及

其中，在声音传感器检测到牙刷和颌部之间的接触时，磁场内的位置测量被限制为沿着已知的、预校准的一维颌部线的位置测量。

可选地，磁场发生器是可穿戴磁场发生器；

其中磁传感器检测牙刷在由磁场发生器产生的磁场内的绝对位置。

可选地，调整磁场以产生垂直于颌部的等值表面。

以这种方式，沿着围绕牙齿中的任何一个的等表面的小位置变化(例如，刷头和牙齿表面之间的变化距离)不会影响测量，从而导致更稳健的系统。

可选地，磁传感器包括处理器，该处理器通过测量牙刷的场强M和牙刷的竖直场分量M_z来检测牙刷的绝对位置。

场强M由下式给出：M＝sqrt(M_x ²+M_y ²+M_z ²)，其中(M_x ²+M_y ²+M_z ²) 分别是x，y和z方向上的场分量。因此，M在装置旋转的情况下是不变的。

在一些实施例中，执行初始校准步骤以创建用于将所测量磁场值与位置信息相关联的查找表。一个这样的校准步骤通过首先以受控的方式沿着沿顺用户颌部预定点，例如沿着每个牙齿的咬合表面的中心逐个牙齿地移动磁力计探针来执行。所得磁力计读数与预定位置点一起存储在查找表中。

在实际的牙刷中，磁力计将具有与牙刷头部的已知间隔，该牙刷头部接触用户牙齿的表面。可以通过使用预定模型来调节该间隔。由于调节水平可取决于牙刷的定向，因此牙刷的定向可取自加速度计数据并结合到模型中。

竖直场分量M_z可以通过测量任意旋转装置的场和加速度来获得，因为 M_z＝a_x×m_x+a_y×m_y+a_z×m_z，其中m_x，m_y和m_z是任意装置的所测量场，并且a_x，a_y，a_z对应于任意旋转装置的(标准化)测量加速度。期望诸如由重力引起的加速度的加速度值以获得关于牙刷的定向的信息(而不是关于牙刷的动态加速度的信息)，并且可以通过对从加速度计获得的总输出应用低通滤波来获得加速度值，总输出包含重力加速度的贡献以及动态加速度的贡献。

可选地，牙刷包括：

-电动马达和/或振动器，用于提供牙刷头部的移动和/或旋转；

以及

-声音接收器，用于在牙刷与牙齿接触时检测电动马达和/或振动器的频率变化。

以这种方式，可以提供能够在牙刷与牙齿接触时测量牙刷的位置信息的电子或声波牙刷。特别是，如何在不需要大量计算资源的情况下完成此操作。

可选地，牙刷包括数据记录器，用于记录来自磁传感器和/或定向传感器的数据；

其中，仅当声音接收器检测到满足预定阈值标准的值时才激活数据记录器。

可选地，数据记录器包括用于记录所检测定向信息的存储器以及编程为将该定向信息转换成位置信息的处理器。在一些实施例中，处理器被配置为执行多元分类，其通常涉及对用于分类新数据的群集参数进行训练查找。

可选地，声音接收器包括频率滤波器，用于在牙刷与牙齿接触时检测电动马达和/或振动器的频率变化；以及

其中，仅当声音接收器检测到满足预定阈值标准的值时才激活数据记录器。

可选地，用于检测牙刷与用户颌部之间的接触的传感器是：

-压力传感器；或者

-加速度计。

压力传感器可以采用压电材料的形式，当施加到牙刷头部的压力被称为压电材料时，该压电材料产生电压。在一些实施例中，牙刷的刷毛可以直接将来自用户颌部和牙刷头部之间的相互作用的压力传递到压电材料。在其他实施例中，可以通过牙刷的本体的柔性部分(通常是本体的颈部) 将压力施加到压电材料。

根据本发明的第五方面，提供一种牙刷，包括：

-本体，其包括：头部和手柄部分；

本体还包括：

至少一个传感器以及用于活性成分的贮存器，该贮存器与头部流体连通；

-分配器，其用于在接收到激活信号时通过头部从贮存器分配活性成分；

-其中，响应于来自至少一个传感器的信息触发激活信号。

根据本发明的第六方面，提供一种牙刷，包括：

-具有头部和手柄部分的本体；

-电动马达和/或振动器，用于提供牙刷头部的移动和/或旋转；

-一个或多个传感器，用于在使用时检测牙刷的运动信息；

-数据记录器，用于记录所检测的运动信息；以及

-声音接收器，用于在牙刷与牙齿接触时检测电动马达和/或振动器的频率变化；

其中，当一个或多个传感器或声音接收器检测到满足预定阈值标准的值时，激活数据记录器。

本发明的其他可选特征阐述如下。

附图说明

现在将参考附图以示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本文所述实施例中的任何一个的智能牙刷的示例；

图2示出了根据本文所述实施例中的任何一个的智能牙刷的示意图；

图3a-3c示出了根据本文所述实施例中的任何一个的智能牙刷的进一步示意图。图3a示出了在牙刷的本体内包括印刷电路板(PCB)的位置的智能牙刷的概况，图3b示出了PCB的顶部视图，并且图3c示出了PCB 的底部视图；

图4示出了能够执行根据本发明的监测牙刷的方法的示例系统的示意图；

图5示出了用于与监测刷牙的方法一起使用和/或与本文所述牙刷中的任何一个连通的外部装置(例如移动装置)的示例；

图6示出了在移动装置上向用户提供交互显示的示例；

图7示出了在移动装置上向用户提供改进的交互显示的另一示例；

图8示出了在移动装置上向用户提供进一步改进交互显示的示例；

图9示出了描绘监测刷牙的方法中的示例步骤的流程图；

图10示出了在移动装置上向用户提供交互显示的另一示例；

图11示出了在移动装置上向用户提供交互显示的另一示例；

图12a示出了在刷牙之前在移动装置上向用户提供交互显示的另一示例；

图12b示出了在刷牙期间或之后观看的相同显示的示例；

图12c示出了在刷牙期间和之后以用户显示的形式向用户提供反馈所采取的步骤的示例；

图12d示出了当牙刷不能与外部装置连接时所采取的步骤的示例；

图12e示出了外部装置和外部数据库之间的连接；

图13a示出了在刷牙过程期间使用从过程所记录的位置和时间信息由牙刷所采取的行程地图；

图13b示出了相同的数据，但分解为行程的每一步骤；

图13c是说明颌部的哪些部分特别是哪些牙齿表面对应于本申请中使用的数字1至10中的哪一个以在外部装置处的用户显示器上标记颌部对应于10个区段的部段的略语表(key)；

图13d示出了多元分析的示例，该多元分析用于将由一个或多个传感器所检测到的牙刷位置与在外部装置处在显示器上显示给用户的相关区段相匹配；

图13e示出了使用旅行推销员机器学习算法创建的最佳路径的地图；

图14示出了在刷牙过程期间由牙刷所采取的跟踪行程(即路径)的示例步骤以便向用户提供反馈；

图15a，15b，15c，15d和15e各自示出了根据本发明的智能牙刷的相应实施例；

图16示出了在刷牙过程期间由牙刷所采取的跟踪行程(即路径)的步骤示例以便向用户提供剂量触发和/或控制剂量；

图17示出了根据本发明实施例的跟踪系统的示例；

图18示出了根据本发明实施例的跟踪系统的另一示例；

图19示出了由根据本发明实施例的具有磁传感器的智能牙刷所遵循的示例过程；

图20示出了使用图17的系统获得的数据的示例；

图21a和21b示出了来自由用于在刷牙期间记录牙刷位置的跟踪系统执行的校准测量的数据的示例；

图22a和22b示出了由根据本发明的用于在刷牙期间记录牙刷位置的跟踪系统执行的进一步校准的示例以校正任意装置定向；以及

图23a和23b示出了来自根据本发明或与本发明一起使用的牙刷的声音接收器的输出的示例。

具体实施方式

牙刷

下面结合图1至图3a-3c描述根据本发明的智能牙刷。智能牙刷1包括牙刷本体，该牙刷本体由用于接触用户的牙齿的头部2和用于接触用户的手的手柄3构成。

头部包括刷毛阵列21，刷牙阵列21在刷牙期间接触用户的牙齿和牙龈，以便清除牙菌斑和碎屑。刷毛阵列21通常安装在颈部件22上，该颈部件22将头部连接到牙刷本体的手柄3。

牙刷本体是中空的，具有限定一个或多个腔体的外壳，智能部件(例如传感器、电源、显示器和通信装置)位于所述一个或多个腔体内。位于腔体内的部件的示例包括：显示器41；传感器42(包括以下中的一个或多个：加速度计、陀螺仪和磁力计42)；麦克风43；电源(例如可充电电池)；包括处理器的计算模块和通信模块。

通过在同一装置中结合多个传感器，智能牙刷能够确定多个参数，包括：定向(通过加速度计和/或陀螺仪)；平均声级(通过麦克风)；轴线相关性(通过磁力计)；相速度(通过加速度计)。

手柄具有弯曲外部，该弯曲外部具有符合人体工程学的曲线，包括外部凸起部分31，其既用作拇指支靠也还为诸如显示器41的较大部件提供对应腔体。

计算模块通常包括存储器和处理器，计算模块的处理器配置为执行一个或多个期望功能。

例如，在一个或多个实施例中，处理器编程为在刷牙过程期间的各个点处记录由传感器中的一个或多个检测到的牙刷位置。该记录可以在用户对牙刷的整个使用过程中以重复时间间隔进行，并且处理器也可以被编程为记录检测到每个所检测位置的时间(在存储器中)。

在一些实施例中，处理器还被编程为在刷牙过程期间使用所记录的位置和时间信息产生牙刷所采取的行程的地图。

牙刷包括接通/断开开关(未示出)，通常为电容开关的形式。处理器可以被编程为在定时器检测到超出给定阈值的不活动时段之后启动自动关闭。可以相对于特定传感器测量延长的不活动时段，例如，当加速度计在给定的时间阈值内没有检测到活动时。在其他情况下，不活动时段可能要求两个或更多个传感器在相同的时间阈值上不显示活动。计时器(可以是计算模块的一部分)还可以包括用于一旦测量了预定活动时段就向用户提供指示的特征。例如，一旦对于预定刷牙时间(其合理值为“2”分钟)已经由一个传感器或两个或更多个传感器同时测量到连续活动记录，则该指示可以向用户提供信号。

通信模块可以采用无线通信模块的形式，例如可以从其发送和/或接收数据的蓝牙模块。除了提供在正常使用期间与例如外部传感器和/或计算机 (包括移动装置和智能镜子)的外部部件通信的机构之外，通信模块还提供了接口，通过该接口，可以在牙刷未连接到应用程序的后续时段执行数据的自动下载。

电气部件可以安装在单个PCB 45上，其示例在图3a，3b(PCB的顶部)和3c(PCB的底部)中示出，其中以下附图标记表示以下部件：

U3：麦克风或声音接收器；

U7：诸如蓝牙模块的通信模块，具体为蓝牙低功耗(BTLE)；

U2：温度传感器和/或相对湿度传感器(即温度计和/或湿度计)；

U12：温度传感器(即温度计)；

D1：LED(发光二极管)。这可以采用三色LED的形式并且可以用作警告指示器和/或状态指示器。警告指示器可与刷牙技术有关或可与牙刷操作有关。例如，LED可以给出何时进行充电或者何时电源需要再充电的视觉指示；

P2：弯曲传感器连接器，通常用于测量智能牙刷的颈部22中的弯曲。弯曲传感器可以采用压电弯曲传感器的形式。以这种方式，可以检测用户何时通过牙刷头部对牙齿/牙龈施加过大的力。处理器可以配置为检测何时达到预定“弯曲阈值”并向用户发出警告。警告可以采取视觉指示(例如 LED点亮或闪烁)或音频警告(通过扬声器)的形式；

P1：扬声器连接器，其用于向扬声器发送信号，扬声器也容纳在牙刷的本体的壳体内；

U4：磁力计；

U5：组合式加速度计陀螺仪，尽管这些部件可以可替代地单独提供；

U1：处理器，更具体地说是微处理器；

U9：闪存驱动器形式的存储器。通过与处理器结合，该存储器形成“计算模块”。存储器可以用作“数据记录器”，其记录从传感器中的一个或多个接收的信息；

U11：电压控制器；以及

U13：电压控制器。

配量

图15a，15b，15c，15d和15e各自示出了根据本发明的智能牙刷的相应实施例，其中牙刷包括用于一种或多种活性成分的一个或多个贮存器。下面关于图15a-15e描述的贮存器和相关的配量机构可以各自应用于上面关于图1-3c 描述的智能牙刷。

活性成分通常是液体基的，但也可以采用其他形式(例如气体、凝胶、泡沫或其他气体/液体混合物)。活性成分的实例包括浆液或硬化剂。活性材料可包括抗微生物特性或美容特性，例如牙齿美白。在一些实施例中，活性成分是固体成分，并且与固体成分流体连通的贮存器包含溶剂。当溶剂与一部分固体成分接触时，该溶剂将溶解一定量的固体成分，其然后可以作为待分配的活性成分输送到牙刷的头部。这种实施例的一个优点是需要更换固体成分的频率将小于需要更换液体或气体成分的频率。如果储存在贮存器中的溶剂是水，则用户可以随时获得。

贮存器和配量机构使得不利成分能够保持分开(例如，一旦牙膏被洗掉，则可以仅分配与牙膏不利地相互作用的活性组分)。还可以提供添加额外成分的机构，这些成分将与诸如牙膏的其他成分积极相互作用。

如图15a至15d所示，一些实施例包括用于活性成分的贮存器1506。贮存器1506经由流体通道1506b与牙刷的头部流体连通。在一些实施例中，例如图15a-15c中的那些实施例中，活性成分的释放通过生物力学泵送系统实现，由用户手动致动触发。例如，贮存器的至少一部分可以由柔性材料形成，用户可以推动或挤压该柔性材料以释放活性材料。牙刷可以配置为发出警报，通常是音频警报，以向用户指示是时候与牙刷接合(例如挤压牙刷的一部分)以释放活性成分。

在其他实施例中，例如图15d和15e所示的那些实施例，贮存器包括电子控制致动器1507,1508，例如泵送系统或阀，其由牙刷上的计算模块直接控制。泵送系统可以是以下中的一个或多个：微流体；压电体(类似于喷墨打印机)。

在图15d的实施例中，用于活性成分的贮存器1506以及电子控制(和泵)1507位于牙刷的手柄内。在图15e所示的实施例中，电子器件、泵和活性成分都位于牙刷本体的头部内的可移除模块1508中。有利地，一旦旧牙刷的刷毛磨损，该可移除模块可以容易地重新定位在新牙刷中。

在图15a所示的智能牙刷1501的实施例中，活性成分通过位于刷毛基部的孔而从贮存器1506输送给用户。

在图15b的实施例中，牙刷1502的头部包括刷毛以及位于刷毛内的一个或多个成分输送结构1510。在释放活性成分之前，成分输送结构1510 不是在刷毛的基部输送成分，而是在平行于刷毛的纵向轴线的方向上传送成分。以这种方式，用户能够更准确地对准口腔的特定区域以施加活性成分的剂量。成分输送结构1510可以采用中空刷毛、中空叶片或微管的形式，其中中空叶片或微管可以由不同于刷毛材料的诸如橡胶基材料的材料形成。在其他实施例中，成分输送结构可以采用海绵的形式。

在图15c的实施例中，牙刷1503的头部不包含任何传统刷毛。相反，其仅包括成分输送结构1510，例如中空刷毛和/或叶片。

虽然图15a，图15b和图15c的头部，更具体地说是刷毛选项与手动致动牙刷组合示出，但它们同样可以应用于图15d和15e的牙刷本体。类似地，虽然智能牙刷的“智能特征”未在图15a-15e的示意图中示出，但是这些配量牙刷中的每一个将包含本申请中其他地方描述的智能特征(包括一个或多个传感器、计算模块等)。

贮存器和相关配量机构使得不利成分能够保持分开(例如，一旦牙膏被洗掉，则可以只分配与牙膏不利地相互作用的活性成分)。它还可以提供用于添加额外成分的机构，这些额外成分将与牙膏等其他成分积极相互作用。

如下面将更详细讨论的，智能牙刷可包括电动马达和/或振动器，用于提供牙刷头部的移动和/或旋转。

在这样的实施例中，声音接收器可用于测量电动马达和/或振动器的频率。由处理器运行的程序随时间记录该频率并检测电动马达和/或振动器在牙刷与牙齿接触时发生的频率变化。头部的刷毛和牙齿之间的这种接触检测可以用作其他事件的触发(例如，配量、测量、传感器激活)。

系统

图4示出了能够执行根据本发明的监测刷牙的方法的示例系统的示意图；

该系统包括牙刷1以及移动装置20，应用程序2可以在该移动装置20 上存储和运行，移动装置可通信地连接到牙刷。移动装置可以经由网络40 连接到一个或多个计算机。移动装置和牙刷中的每一个可以与系统中的额外项目(例如外部传感器)无线通信。例如，外部位置传感器或磁场发生器。这可以是一对一通信信道，例如蓝牙，或者可以通过向网络40提供对额外项目的访问。根据一些实施例，移动装置可以用不同类型的外部计算机替换，例如智能镜子或壁挂式计算机。

牙刷1和移动装置20之间的无线通信4a使得它们之间的信息流动成为可能。这种信息流动可以是从牙刷到在移动装置上运行的应用程序的数据流动，例如来自牙刷上的传感器中的一个或多个的原始数据或者由牙刷上的传感器中的一个或多个记录并在通过牙刷的通信模块转发到移动装置之前由牙刷的处理器处理的经处理数据。

在牙刷的通信模块和移动装置的一个或多个接口之间传递的信息可以包括牙刷参数更新。

移动装置20和网络40之间的无线通信4b还可以包括数据流动。数据流动通常由牙刷或移动装置上的应用程序2进行处理，但也可以采用原始数据的形式。牙刷参数更新和用于应用程序2的软件更新也可以从网络40 发送到移动装置20。

网络可以包括互联网和/或一个或多个局域网(LAN)或广域网(WAN)。

诸如服务器的一个或多个外部计算机30可以具有到网络的连接4c，以便通过网络40与移动装置20通信。外部计算机中的一个或多个包括数据存储和数据处理。在外部计算机处存储和处理的数据通常源自多个不同的用户(经由多个不同移动装置和智能牙刷)并且可以包括个人数据，尽管这可以是匿名的。因此，外部计算机提供用于数据分析的平台，该数据分析取自在其自己家中使用其相应牙刷的用户总数的全部或至少一部分。因此，公司用户50和外部计算机30之间的通信信道包括从外部计算机到来自数据分析的数据挖掘洞察用户的信息流动。它还将包括从公司用户到外部计算机的设定流动和其他信息流动。例如，软件更新可以源自公司用户 50并且经由外部计算机30和网络40到达移动装置20。

在刷牙过程结束后，可以将数据推送到服务器。

可以向牙医等外部方提供经由网络40对存储在外部计算机30上的数据的访问。可替代地，用户自己可以将信息从牙刷或从移动装置中继给牙医。

移动装置

图5示出了适用于实践本发明的各个方面和实施例的移动装置的说明性实施例。特别地，移动装置适合与本文所述的监测刷牙的方法一起使用，并且还适用于与本文所述牙刷中的任何一个的通信。移动装置可以包括所示的所有部件，但是也可以包含更多或更少。应当理解，在移动装置被诸如智能镜子或壁挂式计算机的可替代外部计算机替换的实施例中，可替代外部计算机将包括与下面关于移动装置描述相同的那些特征。

移动装置20通常包括数字成像装置60，例如用于记录数字照片的数字相机。然后可以将这些照片存储在存储器22的数据存储区段中。

所示的移动装置20包括与存储器22和各种其他部件通信的中央处理单元(CPU)21。

所示的移动装置20的这些其他部件包括电源23、网络接口24、显示器25、输入/输出接口26、音频接口27、闪光灯28和用户控制29。

电源23提供由移动接口使用的电力并且可以采用可充电电池和/或外部电源的形式。

网络接口24提供用于移动装置直接或间接与任何兼容的智能装置通信的机构并且包括配置用于与一种或多种通信协议和技术一起使用的电路，该一种或多种通信协议和技术包括但不限于：GPRS；GSM；TDMA；传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)；CDMA；WCDMA；Wi-Fi；3G、4G、蓝牙或任何其他无线通信协议。

显示器25可以是LCD(液晶显示器)、等离子显示器或任何其他合适的电子显示器，并且可以是触敏的，由此其可以包括被配置为接收来自人类手指或触笔的输入的屏幕。

一个或多个输入/输出接口26可以包括一个或多个端口用于输出信息，例如通过耳机输出音频信息，但也可以是配置成接收包括遥控信号的信号的输入端口。

音频接口27通常包括使移动装置能够输出信号的扬声器以及使移动装置能够接收包括用于控制应用的语音控制输入的音频信号的麦克风。

所示的移动装置20包括闪光灯28，该闪光灯28可以与数字成像装置结合使用以照亮正在拍摄照片的物体。

用户控制29可以采用外部按钮或滑块的形式，其允许用户控制移动装置的各种功能。

保存在装置上的应用程序可以配置为使得在从用户控制中的一个或多个接收输入时与装置的各种部件交互。

这里描述的计算机程序可以采用存储在存储器22中的应用程序的形式。

移动装置可以直接或经由网络40连接到外部计算机30，使得可以由外部计算机上的计算模块执行计算广泛的计算，外部计算机比移动装置更强大并且因此能够更快地执行计算。

移动装置20还可以被配置为经由网络40与其他计算机交换信息。

应用程序“App”

图6至8示出了在移动装置20的应用程序2上向用户提供交互显示的示例。

图6中所示的第一示例是由应用程序2呈现给用户的图形用户界面 (GUI)21，GUI包括两个“部段”。分别地，第一部段提供由应用程序测量的已发生在上颌部的刷牙的指示器，并且第二部段提供由应用程序测量的已发生在(上颌部)下颌部上的刷牙的指示器。

图7中示出了改进的示例，其中6个部段6c，6d，6e，6f，6g和6f 分别对应于：

·上咬合表面(6c)

·下咬合表面(6d)

·右上外表面和左上内表面(6e)

·左上外表面和右上内表面(6f)

·右下外表面和左下内表面(6g)

·左下外表面和右下内表面(6h)

图8中示出了进一步改进的示例，其中总共10个部段6i，6j，6k，6l， 6m，6n，6o，6p，6q和6r对应于：

·上咬合表面(6i)

·下咬合表面(6j)

·右上外表面(6k)

·右上内表面(6l)

·左上外表面(6m)

·左上内表面(6n)

·右下外表面(6o)

·右下内表面(6p)

·左下外表面(6q)

·左下内表面(6r)

部段的位置模仿围绕口腔的位置或各种表面，其中对应于上咬合表面的部段位于GUI的上部部分，且对应于下咬合表面的部段位于GUI的下部部分。类似地，用于“左”表面的部段位于GUI的左侧，且用于“右”表面的部段位于GUI的右侧。

除了上咬合表面和下咬合表面之外，其余牙齿表面的部段成对分组。例如，右上外表面和右上内表面彼此相邻定位为较大部段的子部段。这种部段布局经过专门选择，以增加移动装置上显示器的人体工程学。通过精细化信息的显示以使其针对人类使用进行优化，使得所提供的系统更加用户友好且直观。这在刷牙领域尤为重要，因为对细节高度关注的要求可能会使用户反感。

结果发现，6部段系统没有提供足够的自由度来支持个性化模型。也就是说，由于位置只能分配到口腔的6个区域之一，因此个人刷牙技术中的特征“丢失”。通过将颌部分成10个部段，可以测量的细节明显更大，并且允许支持个性化模型。构建将传感器数据映射到特定用户的位置的个人模型的能力加强在“自由刷牙”期间通过访问包含用于该特定用户的校准细节的查找表借助将记录的传感器数据从自由刷牙过程转换为位置信息来记录测量的能力。

当所检测的传感器信息检测到所施加的加速度或压力已经超过预设阈值时，可以向用户显示警告以通知他们刷得太用力。该警告可以采取移动装置的视觉显示器上的颜色变化的形式，特别是覆盖或突出显示与口腔中超过阈值时进行刷牙所处的部分相对应的图形的颜色变化。视觉警告可伴随也可不伴随音频警告和/或显示的消息，例如“刷得太用力”。消费者研究表明，音频警告在刷牙领域尤其有效。

图9示出了描绘监测刷牙的方法的指导阶段中的示例步骤的高级流程图。

一旦获得牙刷和移动装置，并且下载了用于移动装置的应用程序，则用户就准备好开始(s1)。

最初，用户必须打开移动装置上的应用程序(s2)并确保通过蓝牙或其他无线通信将移动装置连接到牙刷(s3)。

图10示出了在移动装置上提供给用户的交互显示的另一示例，尤其是可以在引导模式期间呈现给用户的图像。图像显示了颌部的示意图，其中一段牙齿突出显示，突出显示部段对应于10部段显示中的一部段。

如图11所示，在移动装置上向用户提供交互显示，从而给予他们选择两种刷牙模式中的一个的选项(s4)：指导模式(111)或自由刷牙模式(112)。

最初，应用程序的自由刷牙功能(s6c)的链接是不可操作的，显示为灰色文本。只有当指导模式(s6a)已经接收并存储了足够的信息以在服务器中产生个人模型时(s6b)，自由刷牙的链接才变得可操作。

在刷牙期间(在任一模式中)，由牙刷的一个或多个传感器接收的数据由牙刷的计算模块和/或移动装置上或外部计算机上的外部处理器处理。下面参考图12a-12c更详细地描述这一点。

根据所接收的数据和所应用的处理算法，可以在移动装置上向用户产生并显示各种输出。例如，图12a描绘了在刷牙过程开始时向用户显示实时反馈的用户界面，其中所有部段121都是空的。当刷牙开始时(图12b)，处理传感器数据并以“填满”部段122的形式显示用户表现；完整部段123 表示已满足预设刷牙阈值(例如牙刷刷触次数)。

图12c中示出了在刷牙期间牙刷所遵循的过程的示例。无论选择了指导模式(即引导模式)或“自由刷牙”模式，都将执行这些步骤。两种模式之间的区别在于，在指导(引导)模式中，移动装置将为用户提供引导供用户在刷牙期间遵循。处理数据并提供给用户的方式将保持不变。

在第一步骤(s121)中，打开牙刷。这可以通过用户控制的开关或按钮实现，或者可以响应于通过传感器中的一个或多个检测到运动或触摸实现。

一旦牙刷开启，来自一个或多个传感器的数据在计算模块的处理器处预处理(s122)。该预处理数据可以存储在牙刷自身的存储器中，或者可以发送到移动装置和/或其他装置，例如智能镜子或其他计算机。

来自传感器中的一个或多个的数据用于确定是否已开始刷牙。例如，在一些实施例中，当牙刷经由麦克风和加速度计接收声音和运动的组合检测时，检测到刷牙。这些值中的每一个可能必须超过预定阈值以确定牙刷已经开始。在其他实施例中，可以使用不同的传感器触发组合来确定是否已经开始刷牙，例如力传感器与运动传感器(例如加速度计)组合。

在没有检测到刷牙的情况下，智能牙刷和任何连接的装置将被置于待机模式(s124)。在预定义的时间量(“超时”)之后，包括智能牙刷的系统将关闭(s125)。

如果检测到刷牙，则统计模型将应用于预处理数据(或在牙刷的计算模块处或在移动装置处)。统计模型计算以下参数中的一个或多个(s126)：

·刷触数

·刷牙强度

·刷牙持续时间

·正在刷哪个部段

·刷一个或多个部段所花费的时间。

在刷牙期间(如图12b所示)，移动装置向用户呈现实时反馈。该实时反馈(s127)可以包括以下中的一个或多个：

·刷触数

·刷牙强度超过预设阈值的警告信息

·待遵循引导(针对指导模式)，以牙齿的突出显示区段的形式，突出显示区段对应于一个部段

·部段覆盖实时反馈(自由刷牙模式)

·计时器，通常监测发生刷牙的持续时间。

在传感器未测量到活动预定量时间之后或响应手动开关，牙刷向移动装置发送信号以指示刷牙过程已结束，并且移动装置(或其他装置，例如屏幕或智能镜子)向用户显示过程反馈结束和/或推荐(s128)。

同样，在设定超时之后，系统将自己关闭(s129)。

在一些实施例中，牙刷配置为当不能与移动装置(或其他装置)进行联系时以独立模式操作。这将在下面关于图12d更详细地描述。

在初始步骤中，或通过用户操作的开关或按钮或响应于由一个或多个传感器中的一个或多个检测到运动或触摸，打开牙刷(s131)。

然后牙刷尝试与外部装置连接(s132)，例如移动装置20或其他装置 (例如智能镜子、壁挂式计算机或智能杯)。该连接通常是无线连接，例如蓝牙。

在牙刷没有找到外部装置的情况下，牙刷开始以“数据模式”操作 (s133)。在该数据模式中，传感器数据被预处理并保存在牙刷的计算模块的存储器中。牙刷的处理器被编程为响应于处理器检测到已经满足特定标准而通过从牙刷上的光源或扬声器发出的视觉或音频信号提供基本反馈。例如，可以响应于以下情况发出音频或视觉信号：

·传感器数据高于阈值表示正在进行刷牙

·传感器数据检测到已记录预定义的刷牙持续时间；和/或

·传感器数据检测到已记录刷牙强度超出预设阈值。

在预定量不活动之后，系统将自己关闭(124)。

如果在移动装置或其他装置之间已经实现了成功连接，则将进行数据传输(s135)。这将包括在牙刷和装置之间同步数据以及将传感器数据从牙刷发送到装置。在历史数据已存储在牙刷上但未传输到外部装置的情况下，则将传输此历史数据。如上面关于图12c的步骤s126-s129所描述的，刷牙过程无论在指导模式或者在自由刷牙模式下都将照常进行(s136)。

作为额外步骤(s137)，将对与牙刷和外部装置未连接时执行的过程相对应的历史数据进行统计分析。

在一些实施例中，与牙刷交互的装置(例如，移动装置或其他装置) 本身配置为与诸如外部计算机或服务器30的外部数据库连接。如图12e所示，装置应该打开(s141)并且然后将尝试形成与数据库的连接(s142)。该连接可以通过网络40实现。如果装置和数据库之间的连接成功，则在装置上运行的应用程序(即程序)将触发装置与数据库所在的外部计算机之间的数据传输(s143)，并且还可以触发待由外部计算机执行的分析。例如，在实现成功连接的情况下，可以执行以下步骤：

·历史数据可以从装置下载到数据库

·数据可以在数据库和装置之间同步

·关于来自牙刷数据由装置运行的统计模型可能会更新；以及

·其中可以运行应用程序的一个或多个模式可能会更新。例如，外部计算机可以基于来自数据库的信息允许应用程序解锁某些模式，例如“自由刷牙”。

行程

图13a示出了使用记录的来自过程的位置和时间信息在刷牙过程期间由牙刷所采取的整体行程的地图。行程中的每个步骤如图13b所示，其中序列5>3>2>8>1>4>6>10>9>7中的数字对应于颌部的特定部分，如图 13c所示。颌部的这些编号部分中的每一个对应于在如图12a和12b所示的刷牙期间由移动装置向用户显示的10个部段121,122,123中的相应一个。

图13d示出了多元分析的示例，该多元分析用于将由一个或多个传感器检测到的牙刷位置与在外部装置处向用户示出的显示器上的相关部段相匹配。在该示例中，集群(对应于10个部段)显示在特征空间(投影到合适的2-D子空间)中。使用二次判别分析来估计每个部段集群的正态近似 (围绕每个集群点的圆圈)。

该行程由智能牙刷产生，该智能牙刷至少包括牙刷本体，该牙刷本体包括用于刷牙的头部2和手柄3，以及至少一个传感器，用于在刷牙过程期间在各个点处检测牙刷在口腔中的位置。

智能牙刷还包括计时器，用于记录每个检测位置出现的时间；以及具有存储器的计算模块，所述计算模块配置为(即，编程为)记录在刷牙过程期间在各个点处的所检测的位置，同时记录检测到每个所检测位置的时间。根据这些记录点，计算模块的处理器产生时间序列数据，其对应于在刷牙过程期间牙刷围绕颌部采取的行程的地图。

应当理解，在刷牙过程期间测量或确定牙刷围绕颌部所采取的路径的其他方法也是可能的。重要的是路径，而不是确定和/或测量路径的方法和传感器。

通常，计算模块被编程为使用机器学习算法，例如，解决旅行推销员问题，来处理所记录的位置和时间信息，并产生在刷牙过程期间待由牙刷采取的最佳路径的地图。

由用户的牙刷制作的一个或多个行程可以记录在外部计算机30的数据库中。可以用先前记录的行程检查新记录的行程。如果检测到与先前产生 (和存储的)行程存在偏差，则移动装置处的处理器可以触发警告信号以向用户指示已经检测到异常行为。该警告可以采取在移动装置的屏幕上显示的消息的形式，并且可以伴随或不伴随音频信号。触发警告信号之前所需的偏差量是预先设定的，或者作为装置上运行的软件中内置的标准预定义值，或者是由用户或健康专业人士输入的预定义量。

在分析对应于用户围绕颌部采取的行程(即所采用的路径)的时间序列数据时，可以计算这些和其他路径之间的距离以显示它们彼此之间的相似/不同。距离可以是几何距离，或者可以是例如与行程相关联的符号串之间的距离测量，例如Levenshtein距离。使用该距离可以使刷牙路径发生聚集，以查看一条刷牙路径与另一条路径的相似程度。

例如，距离度量可以用于确定所记录的刷牙行程与牙医建议的行程的接近程度有多少以及确定用户的刷牙习惯是否一致。通常，用户的刷牙习惯是一致的，因此偏离已经记录的“常规”行程可能是诸如牙齿敏感或牙龈疾病之类的问题的早期指标。通过在发生这种偏离时触发警告，可以使用户在问题严重之前意识到潜在问题。

图13e示出了使用旅行推销员机器学习算法创建的最佳路径的地图。通过训练用户遵循该计算的优化行程，可以实现更有效的刷牙技术。通过最小化与过渡概率相关的适当成本函数已经优化了行程期间遵循的路径：过渡越不可能，则相关成本越高。过渡概率是空间距离和生物力学约束(例如灵活性)的函数。在这种情况下，发现以5>9>1>3>10>7>8>4>2>6 的顺序刷区域比图13a中的用户所采用的路径更有效。

下面参考图14更详细地描述在分析来自智能牙刷的数据并向用户提供相关反馈时执行的步骤。

一旦刷牙过程(自由刷牙或指导)已经结束(s141)，来自一个或多个传感器的位置数据和来自该数据的相应时间信息用于产生针对那个刷牙过程的时间序列(即路径或行程)(s142)。

时间序列从用户的装置发送到数据库，通常在外部计算机上，在那里对时间序列进行分析(s143)并且可以与同一用户或其他用户的先前行程进行比较。用户可以通过网络40访问外部计算机。数据库还可以通过网络接收来自其他用户的数据输入(s144)，从而实现对整个用户群的分析，而不仅仅是单个用户。还可以通过网络在数据库处接收额外输入。这可包括用户自己输入的信息，例如他们是左撇子还是右撇子、他们是否具有他们意识到的口腔中的任何问题区域、或者他们可能从牙医那里收到的额外信息，例如需要在刷牙期间更多地关注口腔的特定区域。

一旦已经在数据库处累积了数据，就可以使用数据挖掘以及对数据的统计分析(s146)来执行一个或多个特定功能。此类功能的示例包括：

·可以基于最近记录的行程的路径来更新对给定用户计算的平均路径

·可以计算过渡概率，过渡概率是假设先前的状态是X转到状态Y的概率。

·可以应用马尔可夫模型(其使用过渡概率)

·可以计算最佳路径

·可以检测到行程中的变化或行程中的异常。

上述步骤可以在数据库中执行，而不管装置是否仍然“在线”并因此通过网络连接到数据库。

如果装置在线，则基于先前分析和统计的结果更新在其装置20处呈现给用户的反馈(s147)。

反馈更新可能包括以下中的一项或多项：

·提供可以更有效和/或可以避免困难过渡的最佳路径(例如图13e 的路径)

·发出警告以通知用户检测到的变化。该警告可以标记识别给用户的潜在问题区域，例如通过突出显示颌部的对应于颌部图片上的相关“部段”的区域。

·建议不同的起点，例如有目的地从颌部的根据统计输出用户往往忽略的区域开始；以及

·基于观察到的行为为用户推荐产品(例如敏感牙齿产品)。

向用户计算并呈现行程的能力以及分析来自用户的时间序列数据的能力可以与先前关于图15a-15 e描述的配量机构结合使用。这在下面结合图16 更详细地描述。

首先，提供具有例如图15a-15 e中所示配量机构中的任何一个的配量机构的智能牙刷(s151)并将其打开。

在刷牙期间，从一个或多个传感器获得数据(s153)。在牙刷的计算模块的内部处理器中或在移动装置处处理该数据(s153)。该处理包括实时计算牙刷的位置。在其他实施例中，可以实时监测牙齿的特征，例如牙菌斑强度或牙齿白度，这两者都可以通过牙刷上的相机检测到。

将配量控制算法应用于(s154)经处理的数据，该算法包括发生配量必须满足的设定条件。这些条件可以由用户在刷牙之前通过装置(例如移动装置)设置。配量算法跟踪牙刷在颌部内的位置，并检测何时满足条件。例如，当来自传感器的位置数据显示牙刷的头部处于特定位置时，该特定位置可以对应于10个部段中的特定一个。可用于提供适于产生用于从一个或多个贮存器分配一种或多种活性成分的触发或激活信号的数据的其他传感器可包括以下类型中的任何一种：(i)用于检测活着和死亡牙菌斑(例如染色)、牙齿染色、牙齿颜色、荧光、植入物、牙齿填充、光泽、闪光、血液或牙膏存在的基于光线或相机的传感器；(ii)用于氟化物、锌(Zn)、钙(Ca)或锡(Sn)的离子选择性电极；(iii)用于溶解气体的传感器； (iv)用于气味的气体传感器；(v)用于氧化还原电位的电压表；(vi) 用于过氧化氢(H₂O₂)的传感器；(vii)粘度传感器；(viii)激素传感器； (ix)温度传感器；(x)电导率传感器。因此，可以响应于上述项目(i) 至(x)中列出的上述感测参数的一个或多个或其组合的检测水平来执行从一个或多个贮存器配量或分配一种或多种活性成分。

在预测步骤中，可以使配量机构准备就绪以在到达配量将发生的位置之前进行配量。这将允许在所需位置增加有效配量时间或量。

配量控制算法还可以更新剂量历史的记录；记录沿特定行程的路径发生配量的位置和时间。该数据可以稍后反馈到外部计算机30上的数据库。

可以向配量算法提供外部输入(s155)。在一些实施例中，该外部输入将包括以下中的一个或多个：

·在行程期间中待遵循的最佳路径

·推荐的配量组合或位置

·形成待配量活性成分的产品的具体情况；以及

·来自产品制造商的最新配量说明。

当配量控制算法检测到已经满足配量条件时，牙刷上的处理器将通过启动使配量发生的触发来控制成分的释放(s156)。对于具有生物力学配量机构的牙刷，该触发可以是提供给用户的警告的形式(例如，音频或视觉信号)，以提醒用户他们需要自己致动生物力学机构。在其他实施例中，在牙刷包括电子控制泵或阀的情况下，触发可以简单地是电信号，其致动泵或阀以经由牙刷的头部从贮存器喷射所需剂量。

由牙刷何时配量和/或由牙刷配量何物可能受到从外部源提供给牙刷的数据的影响或驱动，而不是牙刷中的传感器测量的数据。例如，来自牙医的建议或用户偏好(例如剂量风味)可以用作影响和/或驱动配量的数据。此外，来自位于牙刷内部或外部的其他诊断传感器的数据可用于提供可用于影响或驱动配量的数据。

下面参考图17至18描述根据本发明的跟踪系统的示例。

图17示出了根据本发明的一个实施例的用于在刷牙期间记录牙刷位置的跟踪系统的示例。

跟踪系统1701包括智能牙刷1702，其可包含上述特征中的一个或多个，特别是与图1-3c 和图15a-15 e所示实施例相关的那些特征中的一个或多个。

特别地，牙刷包括头部2和手柄部分3。牙刷的本体包括一个或多个传感器，至少包括定向传感器，例如加速度计或陀螺仪。

另外，该实施例的智能牙刷1702包括用于检测牙刷和用户的颌部之间的接触的传感器。这可以例如采用声音传感器的形式。

系统1701包括一个或多个磁场发生器，并且智能牙刷还包括用于检测磁场内位置的磁传感器。磁传感器检测牙刷在由磁场发生器产生的场内的绝对位置。在该实施例中，磁场发生器1703采用位于一副眼镜1704上的多个磁体的形式。通过将磁场发生器结合到眼镜中并确保系统内不同元件之间的所有通信都是无线的，所提供的系统适合家庭使用。这与诸如 US2012/0310593的现有系统形成对比，其需要专业的，笨重的设备，并因此仅适合与访问健康专业人员或牙医一起使用。

该系统还包括外部装置1705，在该实施例中，该外部装置1705采用包含关于图9描述的应用程序的移动装置的形式。牙刷1702以与先前实施例所述相同的方式与移动装置1705交互，只具有磁传感器输出的额外好处，该磁传感器输出由磁传感器记录在牙刷上并且可以或者在牙刷本身上处理或者发送到移动装置进行处理以便给出牙刷位置的输出。

与先前的实施例不同，磁场发生器和磁场传感器的存在使得能够测量牙刷的实际位置，而不是依赖于基于诸如加速度计的移动和定向传感器确定可能的位置。以这种方式，可以向用户提供在任何特定时间关于牙刷位置的更准确信息。

这里描述的磁系统可以以两种不同的方式使用。在这两种方式中的第一种中，刷牙总是在存在磁场的情况下发生，磁场提供了增加系统分辨率的机构。在这种情况下，由于可以在自由刷牙期间实时测量牙刷的实际位置，因此磁场测量也消除了对指导阶段的需要。

原则上，磁系统可以提供足够大的分辨率以提供对牙刷的逐齿跟踪。然而，实际上，牙刷头部的尺寸通常大于一颗牙齿的尺寸并因此限制了可以获得的测量的分辨率。

还可以设想，可以以第二种方式利用该系统，其中在指导阶段使用磁场以提供可以由磁传感器检测的实际测量与通过评估从加速度计数据获取的数据进行的推断测量之间的关系。

在每个牙齿处测量M(M_x，M_y，M_z)的值并用于构建查找表。

可替代地，可以仅在牙齿的子集(例如，一颗前牙、一颗左后牙、一颗右后牙)处进行测量+使用颌部模型(参见WO2008116743A1)和场模型以推断对其他牙齿的校准值。

由于测量磁场内物体的绝对位置需要测量x，y和z分量，因此确定绝对位置的测量和计算可能很复杂。由于这个原因，一旦在检测到颌部和牙刷头之间的接触时才记录牙刷在磁场内的位置测量。以这种方式，由于牙刷头部必须位于沿着颌部的线的位置，因此将简化从磁数据确定位置而需要进行的计算。因此，从计算中移除了一定自由度。已经发现，当仅依赖于诸如加速度计的移动和定向传感器时，即使在由低分辨率磁定位系统补充时，移除这种自由度也是重要的，因为依赖于时间相关加速度计数据可能导致与获取的数据一致的多个可能牙刷位置或噪声/混叠。即使在使用相对低复杂度和低精度的磁场发生器和磁传感器时，使用颌部接触数据也可以容易地区分噪声/混叠和真实牙刷位置。已经发现使用声音传感器来检测牙刷和颌部之间的接触是消除必要的自由度的特别简单和有效的方法。

图18示出了根据本发明实施例的跟踪系统的另一示例。该实施例与图 17的实施例的不同之处仅在于外部装置是镜子660的形式，并且磁场发生器661安装在镜子660上或与镜子660成一体。

图19示出了如何处理获取的磁测量和其他传感器测量以便实现哪个牙齿表面正被刷的测量。

牙刷上的传感器中的一个或多个用于检测牙刷头部与用户颌部中的牙齿之间的接触(s1901)。这使得能够确定刷牙正活跃(s1902)。由诸如加速度计或陀螺仪的特定传感器记录的测量(s1903)可用于确定牙刷的定向(1904)，包括其俯仰和/或其滚角。

牙刷上的磁传感器用于测量磁场的x，y和z分量。z分量(M_z，竖直场分量)的测量(s1905)用于确定是否是上颌部或下颌部正在被刷(s1906) 以及是否是口腔的左侧或右侧正在被刷(s1910)。可以在咨询查询表或不咨询查询表(s1908)的情况下获得磁场的绝对大小M(s1907)，并且能够确定牙刷的位置，并因此结合确定哪个口腔部分正被刷(s1910)和哪个颌部正被刷洗(s1905)而允许处理器计算哪颗或哪些牙齿正被刷。

该信息可以与确定牙刷的定向(s1904)相结合，以便确定一颗或多颗牙齿的哪个表面正被刷。图20示出了使用图17的系统获取的磁传感器数据的示例。磁传感器(位于本发明的牙刷内)在存在由2个磁体产生的场的情况下沿着人造颌部移动。绘图上的每个数字对应于一颗特定牙齿；数字1对应于左后臼齿，顺时针转到数字14，其对应于右后臼齿。不同牙齿的点分离得很好，示出了每颗牙齿都有唯一的M_z和|M|组合。

磁场校准

通常执行初始校准以校准磁读数。磁读数沿着颌部在至少三个位置处获取。

图21a和21b提供了如何利用磁场测量特别是竖直场分量M_z来以增大的分辨率捕获牙刷位置的简单图示。

在图21a的实验中，磁力计探针沿着颌部移动(在这种情况下是上颌部)。为了评估围绕给定颌部的变化，对内部、中心和外部位置重复测量。如右图所示，场强M允许在左颌部侧或右颌部侧进行位置估计(图21a)。每个数字对应于颌部的特定牙齿，其中1-7位于颌部的左手侧，8-14位于颌部的右手侧。

如图21b所示，竖直场分量M_z打破左/右对称性，并且其符号可用于确定装置是在左侧(齿1-7)还是右侧(齿8-14)。

图22a-22b示出了进一步校准以校正任意器件定向的示例。为了证明对任意器件定向的校正，探针对不同牙齿保持不同定向。场强是不变的，然而，测量的M_z分量受到强烈影响(图22a)。使用加速度计数据，可以使用低通滤波器将重力加速度与总加速度数据分开。由于重力引起的加速度可以用作参考点，坐标系关于该参考点更新为仅检索竖直场分量(图 22b)。这是多个传感器的组合如何以更高的精度进行位置测量的示例。例如，当传感器的组合包括声音传感器、磁力计和加速度计时，磁力计测量位置。由于声音传感器可以检测牙刷头部和颌部之间何时接触，使得测量的位置只能位于颌部的位置处，因此声音传感器简化了数据的解释。由于加速度计可以用于校正牙刷的旋转位置(定向)，因此加速度计使得位置数据能够进一步改进。

声音

图23a-23b示出了来自根据本发明或与本发明一起使用的牙刷的声音接收器的输出的示例。

牙刷检测由电动或声波牙刷产生的连续声谱的变化。当牙刷头部与表面接触时，电动或声波(即振动)牙刷的声音轮廓(音调、幅值)发生变化。

声音由牙刷上的录音机测量并记录。然后，处理器应用简单滤波器和有效分类技术(例如决策树)的组合，以基于声音轮廓变化检测刷牙接触。以这种方式，可以避免资源匮乏的声音处理。

图23a描绘了在“自由振动”(也就是说，牙刷的头部不与颌部接触) 期间由牙刷的声音传感器记录的声音频谱。当与牙齿表面接触时，如图23b 所示，发电机/振动器上的额外应变导致发出声音的转变。在这种情况下，从137Hz变为120Hz。可以通过牙刷的计算模块有效地拾取频率的这种转变。

虽然已经结合上述示例性实施例描述了本发明，但是当给出本公开时，许多等同的修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，以上阐述的本发明的示例性实施例被认为是说明性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行各种改变。

上述所有参考文献均通过参考引入本文。

Claims (13)

1.一种智能牙刷，包括：

-牙刷本体，其包括用于刷牙的头部以及手柄；

-位置传感器，其用于在刷牙过程期间在各个点处检测所述牙刷在口腔中的位置；

-计时器，其用于记录每个所检测位置出现的时间；以及

-具有存储器的计算模块，所述计算模块配置为：

-记录在刷牙过程期间在各个点处的所检测位置；

-记录检测到每个所检测位置的时间；以及

-使用所记录的位置和时间信息产生所述牙刷在所述刷牙过程期间所采取的行程的地图，

其中，所述牙刷本体还包括：

-用于活性成分的贮存器，所述贮存器与所述头部流体连通；以及

-分配器，其用于在接收到激活信号时通过所述头部从所述贮存器分配所述活性成分。

2.根据权利要求1所述的智能牙刷，其中，所述计算模块被编程为使用旅行推销员机器学习算法来处理所记录的位置和时间信息，并产生待由所述牙刷在所述刷牙过程期间采取的最佳路径的地图。

3.根据权利要求1所述的智能牙刷，其还包括至少一个其它传感器，所述至少一个其它传感器包括以下类型中的任何一种：(i)用于检测活着和/或死亡牙菌斑、牙齿染色、牙齿颜色、荧光、植入物、牙齿填充材料、光泽、闪光、血液或牙膏存在中任一种的基于光线或相机的传感器；(ii)用于氟化物、锌、钙或锡的离子选择性电极；(iii)用于溶解气体的传感器；(iv)用于气味的气体传感器；(v)用于氧化还原电位的电压表；(vi)用于过氧化氢的传感器；(vii)粘度传感器；(viii)激素传感器；(ix)温度传感器；(x)电导率传感器，其中，所述激活信号源自所述其它传感器中的一个或多个。

4.根据权利要求2所述的智能牙刷，其还包括至少一个其它传感器，所述至少一个其它传感器包括以下类型中的任何一种：(i)用于检测活着和/或死亡牙菌斑、牙齿染色、牙齿颜色、荧光、植入物、牙齿填充材料、光泽、闪光、血液或牙膏存在中任一种的基于光线或相机的传感器；(ii)用于氟化物、锌、钙或锡的离子选择性电极；(iii)用于溶解气体的传感器；(iv)用于气味的气体传感器；(v)用于氧化还原电位的电压表；(vi)用于过氧化氢的传感器；(vii)粘度传感器；(viii)激素传感器；(ix)温度传感器；(x)电导率传感器，其中，所述激活信号源自所述其它传感器中的一个或多个。

5.根据权利要求1所述的智能牙刷，其中，所述激活信号响应于来自所述位置传感器的信息被触发，用于检测所述牙刷在所述口腔中的位置。

6.根据权利要求5所述的智能牙刷，其中，由所述位置传感器检测的所述信息包括：

-在用户口腔的预定义地图中的位置。

7.根据权利要求5或6所述的智能牙刷，其中，由所述位置传感器检测的所述信息包括定时信息。

8.根据权利要求3至6中任一项所述的智能牙刷，还包括至少一个额外贮存器。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的智能牙刷，还包括声音传感器，用于检测所述牙刷的所述头部和用户的颌部之间的接触。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的智能牙刷，其中，所述行程的所述地图显示在移动装置上。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的智能牙刷，还包括用于与外部装置通信的通信模块。

12.一种包括如前述权利要求中任一项所述的智能牙刷和外部装置的系统，所述外部装置包括或接触具有数据库的外部计算机；

-其中，所述外部装置将记录的行程从所述智能牙刷发送到所述数据库，并将新记录的行程与先前存储的行程进行比较。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，如果所述新记录的行程与先前记录的行程相差超过预定量，则在移动装置处触发警告信号。

Images