DE102014001163A1

DE102014001163A1 - Tooth cleaning system for instructing and monitoring toothbrushing techniques

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Publication number: DE102014001163A1
Application number: DE102014001163.1A
Authority: DE
Inventors: Renate Deinzer; Wolfgang Halang; Jutta Margraf-Stilksrud; Georg Scharfenberg; Arnulf Deinzer; Dietmar Prestel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Zahnreinigungen sind fehlerhaft, wenn es bei Anwendung einer Reinigungstechnik nur unzureichend gelingt, Zahnbeläge zu entfernen und/oder wenn Läsionen und Defekte induziert werden. Dies verursacht Krankheiten im Mundraum und erhebliche Kosten. Das erfindungsgemäße Zahrweinigungssystem besteht aus manuell oder elektrisch betriebener und mit Sensoren, mindestens für Beschleunigung und Druck, bestückter Zahnbürste sowie drahtlos verbundener Anzeigeeinheit, bspw. in Form eines handelsüblichen handlichen Telekommunikationsgerätes. Aus übertragenen Sensordaten berechnet die Anzeigeeinheit laufend Rückmeldungen über den aktuellen Bürstvorgang, die sie dem Anwender anzeigt, der damit nicht nur die Reinigung aller Zahnflächen kontrollieren, sondern auch laufend seine Bürsttechnik nach Korrekturanweisungen verbessern kann. Zusätzlich werden seine aktuellen Bewegungsabläufe beim Zähneputzen mit früher aufgezeichneten verglichen, um Frühindikationen erstellen bzw. Hinweise auf sich möglicherweise entwickelnde Krankheiten des zentralen Nervensystems erhalten zu können. Die Aufzeichnungsfunktion eröffnet der Forschung vielfältige Möglichkeiten für Studien mit hohen Probandenzahlen, in der Zahnpflege stellt sie individuelle Bewegungsabläufe zur Aktualisierung von Benutzerprofilen bereit, um Bürstvorgänge aufgrund ständig verbesserter Kenntnisse mit höherer Ortsauflösung darzustellen und ggf. Korrekturen gezielt vorzugeben.Dental cleanings are faulty if, with the use of a cleaning technique, it is insufficient to remove dental plaque and / or if lesions and defects are induced. This causes oral diseases and significant costs. The Zahrweinigungssystem invention consists of manually or electrically operated and with sensors, at least for acceleration and pressure, stocked toothbrush and wirelessly connected display unit, for example. In the form of a commercially available handy telecommunications device. From transmitted sensor data, the display unit continuously calculates feedback on the current brushing process, which it displays to the user, who not only controls the cleaning of all tooth surfaces, but can also continuously improve his brushing technique after correction instructions. In addition, his current toothbrushing sequences are compared to those recorded earlier in order to obtain early indications or to be able to obtain indications of possibly developing diseases of the central nervous system. The recording function opens up a variety of opportunities for research with high numbers of subjects in the field of dental care, it provides individual motion sequences for updating user profiles to represent brushing operations due to constantly improved knowledge with higher spatial resolution and possibly specify corrections.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung ist den Gebieten Medizintechnik sowie Zahn- und Mundhygiene zuzuordnen.The invention is assigned to the fields of medical technology and dental and oral hygiene.

Stand der TechnikState of the art

Zwar hat sich regelmäßiges Zähneputzen allgemein eingebürgert, jedoch bestehen gemäß der Studie [DeinzerR09] in der Bevölkerung hinsichtlich geeigneter Mundhygienetechniken erhebliche Wissensdefizite. Das gilt bspw. auch für Studierende, deren Fertigkeiten zur Zahnreinigung wenig ausgeprägt sind [Harnacke12]. Die häufigsten Fehlerursachen bei der Zahnreinigung liegen im Auslassen von Zahnflächen oder Zahnzwischenräumen, können aber auch an falschem Anpressdruck der Bürste an Zahnschmelz oder Zahnfleisch liegen. Fehlerhafte Zahnreinigungen verursachen erhebliche Kosten, die erst später in vielfältiger Form auftreten. Fehlerhaft sind Zahnreinigungen dann, wenn es durch sie in nicht ausreichendem Maße gelingt, Zahnbeläge zu entfernen und/oder wenn durch die Zahnreinigung Läsionen und Defekte induziert werden, bspw. durch zu hohen Anpressdruck der Zahnbürste. Fehlerfreie Zahnreinigung stellt eine Fähigkeit dar, die selbst durch persönliche Unterweisung nur schwer erlernt werden kann. Zum Erlernen gehört insbesondere die Analyse fehlerbehafteter Putzvorgänge. Auch die Rückmeldungen in halbjährlich stattfindenden Prophylaxe-Behandlungen liefern keine exakten Fehleranalysen. Die Studie [Harnacke2012] zeigt jedoch, dass rechnerunterstütztes Training, das u. a. lehrt, die Zähne systematisch zu putzen, hier zu Verbesserungen führen kann. Ein weiterer Schritt in dieser Richtung wird in [Graetz13] untersucht, wo die fortwährende Verbesserung der Zahnputztechnik mithilfe der Rückmeldung über Sensoren in einer Zahnbürste zu dem Ergebnis führt, dass damit die Zahnhygiene entscheidend verbessert wird. Allerdings lässt die aufwändige Konstruktion dazu erforderlicher Einzelstücke in Verbindung mit Referenzsensoren keine Massenproduktion zu. Andererseits erlauben bereits Zahnbürsten mit reduziertem Sensorensatz, Anwendern wertvolle Rückmeldungen zu geben.Although regular brushing has become common practice, there is a significant lack of knowledge regarding appropriate oral hygiene techniques, according to the study [DeinzerR09]. This also applies, for example, to students whose dental cleaning skills are poorly developed [Harnacke12]. The most common causes of faults in the cleaning of teeth lie in the omission of tooth surfaces or interdental spaces, but may also be due to incorrect contact pressure of the brush to enamel or gums. Faulty teeth cleaning cause considerable costs, which occur later in a variety of forms. Dental cleanings are defective if they do not succeed in removing dental plaque and / or if lesions and defects are induced by tooth cleaning, for example due to excessive contact pressure of the toothbrush. Flawless tooth cleaning is a skill that is difficult to learn even through personal instruction. In particular, the analysis includes the analysis of faulty cleaning operations. Even the feedback in semi-annual prophylactic treatments do not provide accurate error analyzes. The study [Harnacke2012] shows, however, that computer-aided training, the u. a. teaches you to clean your teeth systematically, which can lead to improvements here. Another step in this direction is explored in [Graetz13], where the ongoing improvement in toothbrushing using feedback from sensors in a toothbrush has led to a significant improvement in dental hygiene. However, the complex construction of the required individual pieces in conjunction with reference sensors does not permit mass production. On the other hand, toothbrushes with a reduced sensor set already allow users to provide valuable feedback.

Moderne elektrische Zahnbürsten unterstützen mit einer Vielzahl von Innovationen gründliche Zahnreinigungen. So melden sie u. a. automatisch den Anpressdruck (4) zurück oder lösen via Ultraschall Verunreinigungen auf den Zahnoberflächen ab, um die Zähne nicht nur gründlich, sondern auch schonend zu reinigen. Trotzdem werden die Anwender mit der Benutzung der Bürsten allein gelassen. Bei Prophylaxe-Behandlungen lernen Patienten deshalb, pro Zahn 21...22...23 hochzuzählen und damit die Verweildauer zu bestimmen. Einige Geräte lassen ein Signal ertönen, um anzuzeigen, wenn von einem Kieferquadranten zum nächsten gewechselt werden soll, differenzieren aber nicht zwischen den unterschiedlichen Zahnflächen (Außen-, Innen-, Kauflächen), die von der Zahnbürste erreicht werden sollen (4).Modern electric toothbrushes support thorough tooth cleaning with a multitude of innovations. For example, they automatically report the contact pressure ( 4 ) or dissolve impurities on the tooth surfaces via ultrasound in order to not only clean the teeth thoroughly, but also gently. Nevertheless, users are left alone with the use of the brushes. In prophylactic treatment, patients therefore learn to count up to 21 ... 22 ... 23 per tooth and thus determine the length of stay. Some devices will sound a signal to indicate when you want to switch from one jaw quadrant to the next, but do not differentiate between the different tooth surfaces (outer, inner, occlusal surfaces) that are to be reached by the toothbrush ( 4 ).

Alles in allem gibt es offensichtlich noch keine ausreichende Rückmeldung über Reinigungsfortschritte. Die Studie [Micheelis06] belegt diesen Umstand. Sie stellt fest, dass die Prävalenz paradontaler Erkrankungen, die auch Folge mangelnder Mundhygiene sein können, im Vergleich zu früheren mundgesundheitsbezogenen Bestandsaufnahmen signifikant zugenommen hat. Es ist auch anzunehmen, dass selbst gute mundhygienische Fertigkeiten über die Jahre hinweg bei fehlender Rückmeldung degenerieren können.All in all, there is obviously not enough feedback on cleaning progress. The study [Micheelis06] confirms this fact. It notes that the prevalence of paradontal diseases, which may also be the result of poor oral hygiene, has increased significantly compared to previous oral health assessments. It can also be assumed that even good oral hygiene skills can degenerate over the years in the absence of feedback.

Bereits im Prototypenstadium sind Zahnbürsten, die über Ortssensoren und externe Referenzpunkte (Stirn) einer Überwachungseinheit stets die aktuelle Position mitteilen. Wegen der aufwändigen Konstruktion sowie schwierigen Kalibrierung sind jedoch solche Lösungen nicht für den Massenmarkt geeignet. Dieser verlangt nach einem einfachen und robusten Gerät mit übersichtlicher Bedienung.Even at the prototype stage are toothbrushes, which communicate via location sensors and external reference points (forehead) of a monitoring unit always the current position. Because of the complex construction and difficult calibration, however, such solutions are not suitable for the mass market. This requires a simple and robust device with clear operation.

In [ DE60029345T2 ] wird eine Zahnbürste mit Mehrachsen-Beschleunigungs-, Dehnungs- und Rotationsmessern beschrieben, die es erlauben soll, die Zahnputztechnik eines Benutzers präzise zu evaluieren. Es fehlt jedoch eine genaue Darstellung der Zahnbürsttechnik, verbunden mit Angaben, wie die Sensordaten für die Evaluierung der Putzqualität aufzubereiten bzw. die Sensoren entsprechend zu beschalten sind. Ebenso fehlt in der Formulierung der Ansprüche ein Hinweis auf die Analyse der Bewegungsabläufe.In [ DE60029345T2 ] describes a toothbrush with multi-axis accelerometers, strain gauges, and rotary knives designed to accurately evaluate a user's brushing technique. However, it lacks an accurate representation of the toothbrushing technique, combined with information on how to prepare the sensor data for the evaluation of the plaster quality or the sensors are wired accordingly. Similarly, the wording of the claims lacks an indication of the analysis of the movement sequences.

[ DE 10 2007 018 751 A1 ] beschreibt, in einer begrenzten Zeitdauer eine Handbewegung einer vorgegebenen Bewegungsfolge via Beschleunigungssensoren und Drucksensoren zu scannen, um Personen eindeutig zu identifizieren. Ein weiterer dort beschriebener Anspruch zeigt die Möglichkeit auf, anhand typischer Bewegungseinschränkungen Krankheiten zu erkennen.[ DE 10 2007 018 751 A1 ] describes scanning a hand movement of a predetermined sequence of movements via acceleration sensors and pressure sensors in a limited period of time in order to unambiguously identify persons. Another claim described there shows the possibility of recognizing diseases by means of typical movement restrictions.

[ EP 1379149B1 ] verwendet mehrere Positionssensoren, um den Zahnputzort sehr präzise anzugeben. Allerdings lässt die Patentschrift offen, wie Bewegungsabläufe korrekt identifiziert werden, und sie äußert sich nicht zur Darstellung von Informationen, Korrekturanweisungen und Putzfortschritten. Ebenso fehlt die Angabe, mit welchen Mitteln dem Benutzer zur Verbesserung seiner Bürstbewegungen verholfen werden kann.[ EP 1379149B1 ] uses multiple position sensors to specify the location of the tooth very precisely. However, the patent does disclose how movements are identified correctly, and it does not express itself to represent information, correction instructions, and cleaning progress. Likewise, there is no indication of the means with which the user can be helped to improve his brushing movements.

Einer der in [ US8337213B2 ] beschriebenen Sensoren ist ebenfalls ein Mehr-Achsen-Beschleunigungssensor und die aufgenommenen Werte werden mit abgespeicherten Muster verglichen, um Rückschlüsse auf Verhalten und Putzort zu treffen. Es fehlt aber der Hinweis auf markante Eigenschaften verschiedener Bewegungsmuster und ob eine Signalanalyse der Daten bei der Aufnahme der Muster eine Rolle gespielt hat.One of the in [ US8337213B2 ] is also a multi-axis The acceleration sensor and the recorded values are compared with the saved pattern in order to draw conclusions about the behavior and the place of cleaning. However, there is no indication of distinctive features of different movement patterns and whether a signal analysis of the data played a role in the recording of the patterns.

In [ DE 10 2007 018 751 A1 ] werden neuromotorische Eigenschaften der Feinmotorik der Finger, der Hand und des Armes aus dem Tast-, Bewegung- und Druckmuster eines mit Sensoren ausgestatteten Körpers ermittelt und zur Diagnose und Therapie von Krankheiten eingesetzt. Es fehlt allerdings der Hinweis auf den Vergleich mit historischen Aufzeichnungen der Bewegungsmuster des Körpers, die alle den gleichen Bewegungsablauf aufweisen müssen, um Vergleichbarkeit zu ermöglichen.In [ DE 10 2007 018 751 A1 ] neuromotor properties of the fine motor skills of the fingers, hand and arm from the tactile, motion and pressure pattern of a sensor-equipped body are determined and used for the diagnosis and treatment of diseases. However, there is no reference to the comparison with historical records of the movement patterns of the body, all of which must have the same sequence of movements in order to allow comparability.

Technische Probleme oder NachteileTechnical problems or disadvantages

Genaue Rückmeldungen über beim Putzen vergessene Zahnflächen, zu kurze Putzdauer pro Zahn oder falschen Anpressdruck sind mit den dem Stand der Technik entsprechenden Geräten nicht oder nur unzureichend möglich. Auch für die Unterweisung in Bürsttechniken wie Fones, Kai oder Bass gibt es noch keine elektronische Unterstützung, die den Anwender während eines Putzvorgangs gezielt auf Bewegungsänderungen hinweist. Es fehlt auch an geeigneten Visualisierungen und Darstellungsgeräten, die erfasste Sensordaten und klinische Daten in beliebiger Art aufnehmen, kombinieren und in anschauliche Darstellungen übersetzen. Solche Daten werden zur Unterweisung in die Anwendung von Bürsttechniken gebraucht. Nur durch Befolgen während des Putzvorgangs laufend erteilter Korrekturanweisungen wird das Zahnfleisch geschont und werden die Zähne vollständig gereinigt.Precise feedback on tooth surfaces forgotten during brushing, too short cleaning time per tooth or incorrect contact pressure are not or only insufficiently possible with the state-of-the-art devices. There is also no electronic support for instruction in brushing techniques such as Fones, Kai or Bass, which specifically points out the user to changes in movement during a brushing procedure. There is also a lack of suitable visualization and display devices that record and combine captured sensor data and clinical data in any manner and translate them into graphic representations. Such data is needed for instruction in the application of brushing techniques. Only by following correction instructions given during the cleaning process, the gums are spared and the teeth are completely cleaned.

Mit aufwändig konstruierten Einzelgeräten können die für medizinische Untersuchungen erforderlichen Aufzeichnungen gemacht werden, sie lassen sich aber nicht für einen größeren Personenkreis einsetzen. Damit fehlen der Forschung noch dringend benötigte Geräte, um belastbare Analysen zu fertigen.With elaborately designed individual devices, the necessary records for medical examinations can be made, but they can not be used for a larger group of people. Thus, the research still much needed equipment to produce reliable analysis.

Aufgabetask

Aufgabe war es deshalb, ein System aus sensorieller Zahnbürste und Anzeigeeinheit zu entwickeln, das dem Nutzer während des Vorgangs einer häuslichen Zahnreinigung durch ein Bild ähnlich einem Spiegelbild unmittelbar Rückmeldung über den Fortschritt des Reinigungsvorgangs gibt. Ergänzend dazu sollen Detailinformationen über beim Putzen vergessene Zahnflächen, falschen Anpressdruck, Reinigungszustand der Zahnflächen auch am Gingivarand, richtige Verweildauer pro Zahn u. v. a. m. angezeigt und der Nutzer hinsichtlich der korrekten Anwendung einer gewählten Bürsttechnik geleitet werden, um sich darin kontinuierlich zu verbessern. Die verwendeten Systemkomponenten sollen sich bezüglich Preis und Fertigung zur günstigen Massenproduktion eignen.The object was therefore to develop a system of sensorial toothbrush and display unit, which gives the user during the process of a domestic tooth cleaning through an image similar to a mirror image immediately feedback on the progress of the cleaning process. In addition to detailed information about forgotten during brushing tooth surfaces, false contact pressure, cleaning state of the tooth surfaces on the gingival margin, proper residence time per tooth u. v. a. m. displayed and the user directed to the correct application of a selected brushing technique in order to improve it continuously. The system components used should be suitable for low-cost mass production in terms of price and production.

Technische Lösung Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes System bestehend aus mit Sensoren ausgestatteter Zahnbürste und Anzeigeeinheit (1) gelöst, das dem Anwender laufend Rückmeldung über den aktuellen Putzvorgang gibt. Zahnbürste und Anzeigeeinheit kommunizieren dabei drahtlos über eine eingebaute Übertragungseinheit (2), die einen üblichen Standard wie Bluetooth oder WLAN unterstützen kann. Als Energiespeicher in der Zahnbürste bieten sich Akkumulatoren bzw. Batterien an.Technical Solution This object is achieved by a system according to the invention comprising a toothbrush equipped with sensors and a display unit (US Pat. 1 ), which continuously gives the user feedback about the current cleaning process. Toothbrush and display unit communicate wirelessly via a built-in transmission unit ( 2 ), which can support a standard standard such as Bluetooth or WLAN. As energy storage in the toothbrush to accumulators or batteries offer.

Da zur Erkennung der richtigen Zahnputztechnik zwei orthogonal zueinander messende Beschleunigungssensoren ausreichen (2 und 3), ergibt sich für das System ein entscheidender Kostenvorteil. Alternativ kann auch ein Beschleunigungssensor für drei Raumrichtungen zum Einsatz kommen, falls dessen Preis und Zuverlässigkeit zu einem Massenprodukt passen. Damit die Beschleunigungssensoren Daten in ausreichender Qualität dem Anzeigegerät senden können, müssen sie für diesen Zweck entsprechend kalibriert und beschaltet werden.Since two orthogonal acceleration sensors are sufficient to detect the correct brushing technique ( 2 and 3 ), gives the system a significant cost advantage. Alternatively, an acceleration sensor for three spatial directions can be used, if its price and reliability fit into a mass product. In order for the acceleration sensors to be able to send data of sufficient quality to the display device, they must be appropriately calibrated and wired for this purpose.

Im Hals der Zahnbürste ist ein Drucksensor vorgesehen (2), der fortlaufend den Anpressdruck der Borsten auf die Zahnfläche misst. Eine mögliche Ausführungsform des Sensors stellt ein Dehnungsmessstreifen dar, der auf dem Gehäuse oder auf der innenliegenden Wand des Zahnbürstengehäuses aufgeklebt ist. Anpressdruck und Sensordaten gehen gemeinsam in die Auswertung ein, die dem Anwender dazu verhilft, bei ständiger Verbesserung des Putzvorgangs das Zahnfleisch nicht zu verletzen oder bei oft wiederholtem Zähneputzen eine zu hohe Abrasion des Zahnbelags zu verhindern.In the neck of the toothbrush, a pressure sensor is provided ( 2 ), which continuously measures the contact pressure of the bristles on the tooth surface. One possible embodiment of the sensor is a strain gauge, which is glued on the housing or on the inner wall of the toothbrush housing. Contact pressure and sensor data go together in the evaluation, which helps the user to not to injure the gums with continuous improvement of the cleaning process or to prevent too frequent abrasion of the plaque often repeated brushing.

Sowohl in der Zahnbürste selbst als auch in der Anzeigeeinheit sind Rechnerkomponenten vorgesehen, die mit Techniken der Mustererkennung und Signalanalyse die Sensordaten aufbereiten und auswerten. In der Anzeigeneinheit befindet sich dazu noch eine Speichereinheit, um Aufzeichnungen zu archivieren. Eine Aufzeichnung kann dabei als kompletter Satz erfasster Sensorwerte oder auch als Archiv verschiedener Funktionsverläufe wie Gleichmäßigkeit, Länge der Bürstbewegungen, Anpressdruck, Geschwindigkeit und Beschleunigung abgespeichert werden.Both in the toothbrush itself and in the display unit, computer components are provided which process and evaluate the sensor data using pattern recognition and signal analysis techniques. The ad unit also has a storage unit to archive records. A recording can be stored as a complete set of detected sensor values or as an archive of different functional characteristics such as uniformity, length of the brushing movements, contact pressure, speed and acceleration.

Die Analyse der Bewegungsmuster erlaubt festzustellen, ob tatsächlich geputzt oder ob die Zahnbürste nur in der Luft bewegt wird. Somit entsteht für jeden abgeschlossenen Putzvorgang einen Erfolgsnachweis, z. B. ob der Anwender jeder Zahnfläche die korrekte Zeitspanne gewidmet hat. Außerdem kann er so die starre Systematik der Putzreihenfolge verlassen und spontane Ortsveränderungen vornehmen. Fortlaufend werden von den Beschleunigungsmessern Sensorwerte für die Neigung geliefert, die in Verbindung mit den Beschleunigungsdaten Bewegungsmuster zu identifizieren erlaubt. Mithilfe einer spezieller Beschaltung und Stimulation der Sensoren werden Bewegungsabläufe wie Ausstreichen zur Kaufläche, rüttelnde oder kreisende Bewegungen korrekt erkannt. Sollte die Ortsbestimmung der putzenden Zahnbürste nicht korrekt sein, so kann mit einem an der Zahnbürste befindlichen Druckschalter durch Weiterklicken der entsprechende Kieferabschnitt rasch ausgewählt werden.The analysis of the movement pattern allows to determine whether actually cleaned or whether the Toothbrush is only moved in the air. Thus arises for each completed cleaning process a proof of success, for. For example, if the user has dedicated the correct amount of time to each tooth surface. In addition, he can thus leave the rigid system of cleaning order and make spontaneous changes in location. The accelerometers continuously supply sensor values for the inclination which, in conjunction with the acceleration data, allows identification of movement patterns. By means of a special wiring and stimulation of the sensors movements such as strike to the chewing surface, jogging or circular movements are recognized correctly. If the location of the cleaning toothbrush is not correct, you can quickly select the appropriate jaw section by clicking on it with a push-button located on the toothbrush.

Die in Echtzeit vorgenommene Datenanalyse gestattet es dem System, dem Benutzer Rückmeldungen über an seiner Bürsttechnik (bspw. Bass, Fones, Stillmann) zu tätigende Korrekturen zu geben, womit ihm ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess ermöglicht wird. Wissenschaftliche Erkenntnisse (aus den Forschungen der beiden Miterfinderinnen Prof. Dr. R. Deinzer, [DeinzerR09] und Dr. Margraf-Stiksrud) über neue, bessere Zahnputztechniken können direkt in neue Software-Module für das Anzeigegerät umgesetzt werden. Forschungsergebnisse über die Wirksamkeit der hier genannten Bürsttechniken liegen noch nicht vor. Es kann aber davon ausgegangen werden, dass eine auf schonende und gründliche Reinigung der Zahnoberflächen abgestimmte Bürsttechnik wesentliche Vorteile bringt und deshalb das Erlernen einer solchen Technik und ihre korrekte Ausführung wesentlich zur Zahngesundheit beiträgt.The real-time data analysis allows the system to provide feedback to the user on corrections to be made to his brushing technique (eg Bass, Fones, Stillmann), thus enabling him to continuously improve. Scientific findings (from the research of the co-inventors Prof. Dr. R. Deinzer, [DeinzerR09] and Dr. Margraf-Stiksrud) on new, better toothbrushing techniques can be implemented directly in new software modules for the display device. Research results on the effectiveness of the brushing techniques mentioned here are not yet available. However, it can be assumed that a brushing technique adapted to gentle and thorough cleaning of the tooth surfaces brings significant advantages and therefore the learning of such a technique and its correct execution contributes significantly to the dental health.

Die ständige Verfolgung des Borstenkopfes erlaubt darüber hinaus, die aktuell gebürstete Zahnoberfläche zu bestimmen. Zusätzlich hat der Benutzer über einen Taster auf der Zahnbürste die Möglichkeit, in die Anzeige einzugreifen und diese rasch zu korrigieren, falls das Anzeigegerät nicht die korrekte Zahnoberfläche anzeigt. Ein solcher Eingriff ist notwendig, falls am Anfang oder im Verlauf des Zahnputzvorgangs ein falscher Kieferabschnitt angezeigt wird. Der Spaßfaktor bei der Bedienung fördert rasches Eingreifen. Damit lasst sich auch die Vollständigkeit des Putzens aller Zahnflächen ableiten.The constant tracking of the bristle head also allows to determine the currently brushed tooth surface. In addition, the user has the opportunity to intervene in the display via a button on the toothbrush and to correct it quickly if the display device does not indicate the correct tooth surface. Such an intervention is necessary if a wrong jaw section is indicated at the beginning or during the course of the toothbrushing process. The fun factor in the operation promotes rapid intervention. This also leads to the completeness of the cleaning of all tooth surfaces.

Als Anzeigegerät kann ein Smartphone, ein Notebook-PC oder ein Tablet-PC mit eingebauter Frontkamera dienen. In einer einfachen Version richtet sich die bildliche Darstellung nach der Standortbestimmung der Zahnbürste in auflösbarer Granularität und zeigt den Kieferabschnitt sinnfällig in einer breiten Aufnahme. Das System konstruiert nach dem Beginn des Putzvorgangs laufend die neue Bildposition und passt die Anzeige entsprechend an. Dabei blendet es entsprechende Informationen und Anweisungen als Text, Symbole (5) oder farblich veränderte Kieferabschnitte in das Spiegelbild des Anwenders ein, das von einer Frontkamera laufend erfasst und als Videostream auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit ausgegeben wird. Die in 5 dargestellte Realisierungsmöglichkeit bietet eine Ortsauflösung in Sextanten an und unterscheidet zwischen Innen- und Außenzahnflächen. Eine Symboldarstellung, die alle Zahnflächen umfasst, also Innen-, Außen-, Seiten- und Kauflächen, wird in den 6 und 8 vorgestellt. Berechnete Informationen aus den Sensorwerten können auch in Form analoger Zeigerinstrumente oder Farbverläufe eingeblendet werden, damit der Anwender sofort durch Beobachtung der Anzeige seine Bewegungsabläufe verbessern kann.As a display device can serve a smartphone, a notebook PC or a tablet PC with built-in front camera. In a simple version, the pictorial representation depends on the location of the toothbrush in resolvable granularity and shows the jaw section obvious in a wide shot. The system continuously constructs the new image position after the beginning of the cleaning process and adapts the display accordingly. It hides corresponding information and instructions as text, symbols ( 5 ) or color-changed jaw sections in the mirror image of the user, which is continuously detected by a front camera and output as a video stream on the screen of the display unit. In the 5 Realization option shown offers a spatial resolution in sextants and distinguishes between inner and outer tooth surfaces. A symbolic representation that includes all tooth surfaces, ie inside, outside, side and chewing surfaces, is in the 6 and 8th presented. Calculated information from the sensor values can also be displayed in the form of analogue pointer instruments or color gradients so that the user can immediately improve his or her movements by observing the display.

Eine erweiterte Version stellt auf dem Anzeigegerät eine in Software realisierte Gesichtserkennung zur Verfügung, die den Benutzer korrekt identifiziert und seine persönlichen Daten (Zahnersatz, Lücken usw.) automatisch mit in der Anzeige einbindet (7). Mit den abgespeicherten Profildaten und den historischen Putzverläufen hat das System die Möglichkeit, über wiederkehrende Zahnputzmuster die Eigenheiten der einzelnen Anwender getrennt voneinander zu erlernen und damit bei folgenden Bürstvorgängen noch genauere Statusinformation zu liefern.An enhanced version provides on the display device in a realized facial recognition software that correctly identifies the user and his personal data (dentures, gaps, etc.) automatically included in the display ( 7 ). With the stored profile data and the historical plaster progressions, the system has the possibility of learning the peculiarities of the individual users separately from each other via recurring toothbrush patterns and thus to provide even more precise status information in subsequent brushing operations.

Die sich laufend verbessernde Bürsttechnik eines Anwenders kann in aufsteigenden Schwierigkeitsstufen bewertet werden. Bei dem Bewegungsablauf „Ausstreichen zur Kaufläche” wird die Gleichmäßigkeit bzw. Länge der Bewegung mit dem Anpressdruck kombiniert und Abweichungen davon können in unterschiedliche Stufen eingeteilt werden. Gleiches gilt für die Bewegungsvorgänge „Rütteln” (Prüfen der Stakkato-Bewegungen) und „Kreisend von Zahnfleisch zu Zahnfleisch”, wo langsames Gleiten und Anpressdruck mit in die Bewertung einfließen. Ebenso besitzt die Schruppbewegung spezifische Eigenschaften. Somit erhält der Nutzer ein Maß für seinen individuellen Fortschritt. Darüber kann er sich mit Freunden oder Familienangehörigen austauschen. Durch diesen Spielcharakter wird er zusätzlich motiviert, seine Bürsttechnik laufend zu trainieren.The constantly improving brush technique of a user can be evaluated in increasing difficulty levels. In the movement process "spreading to the chewing surface", the uniformity or length of the movement is combined with the contact pressure and deviations thereof can be divided into different levels. The same applies to the movement processes "shaking" (checking the staccato movements) and "circling from gum to gum", where slow gliding and contact pressure are included in the evaluation. Likewise, the roughing movement has specific properties. Thus, the user receives a measure of his individual progress. He can talk about this with friends or family members. This game character also motivates him to continuously train his brushing technique.

Das System kann mit einem Gerät zur Videoaufzeichnung kombiniert werden. Dafür wird das Aufnahmegerät mit der Anzeigeeinheit über ein Standard-Steuerungskabel verbunden. Die Aufnahmefunktion wird über die berechnete Information, ob gerade tatsächlich geputzt wird, gestartet bzw. angehalten. Damit ist es möglich, genau synchronisierte Aufzeichnungen zu generieren, die als Lehrmaterial oder zur Gruppenprophylaxe verwendet werden können. Wobei die synchronisierten Aufnahmen aus den Videosequenzen, den berechneten Putzstatusinformationen und den zugehörigen Anweisungen bestehen. Die Putzstatusinformationen werden noch durch Bilderkennungsalgorithmen unterstützt, die auf die aufgenommenen Videosequenzen des Anzeigegerätes selber angewendet werden. Ebenso können sie noch durch Markierungen auf der Zahnbürste vereinfacht werden.The system can be combined with a video recording device. For this, the recording device is connected to the display unit via a standard control cable. The recording function is started or stopped via the calculated information as to whether cleaning is in progress. This makes it possible to generate exactly synchronized recordings that can be used as teaching material or for group prophylaxis. The synchronized recordings consist of the video sequences, the calculated cleaning status information and the associated instructions. The plaster status information is still supported by image recognition algorithms that are applied to the recorded video sequences of the display itself. Likewise, they can still be simplified by markings on the toothbrush.

Ausführungsbeispiele In der häuslichen Zahnpflege lässt sich das System in einem Modus betreiben, in dem es den Anwender bei seiner gewählten Putztechnik unterstützt und über ein wachsendes Benutzerprofil ständig seine individuellen Bewegungsabläufe kennenlernt, um die Genauigkeit der Darstellung kontinuierlich zu steigern und ggf. gezielte Korrekturen vorgeben zu können. Ebenso kann aber auch von Anfang an eine Bürsttechnik wie Bass oder Fones gewählt werden, woraufhin das System dem Anwender jeweils den Putzort anweist und seine Bewegungen anhand der Sensordaten in Echtzeit mit Korrekturanweisungen bedient.Embodiments In domestic dental care, the system can be operated in a mode in which it supports the user with his chosen brushing technique and constantly learns about his individual motion sequences via a growing user profile in order to continuously increase the accuracy of the display and if necessary to specify targeted corrections can. Likewise, however, a brushing technique such as bass or fones can also be selected from the outset, whereupon the system instructs the user in each case the cleaning location and operates his movements based on the sensor data in real time with correction instructions.

Je nach verfügbaren Sensordaten werden die anvisierten Objekte auf dem Anzeigegeät in halbtransparenter Darstellungsweise optisch dezent verändert, um dem Nutzer auf natürliche Weise eine Zustandsanalyse zu über oder die vor ihm liegenden Aufgaben näherzubringen.Depending on the available sensor data, the targeted objects are visually discreetly changed on the display device in a semitransparent manner of presentation in order to provide the user with a natural way of analyzing the state of or about the tasks lying ahead of it.

Erreichte Vorteile Die Erfindung bietet dem Anwender Rückmeldungen mit maximalem Informationsgehalt über den augenblicklichen Zustand einer Zahnreinigung und vor allem über den aktuellen Verschmutzungsgrad der Zahnflächen. Im Rahmen zahnärztlicher Prophylaxe-Behandlungen unterstützt das Gerät die schnelle und effiziente Einweisung von Patienten in die Anwendung von Bürsttechniken. Für die Forschung eröffnet die Aufzeichnungsfunktion des Gerätes eine Fülle neuer Möglichkeiten, Studien mit hohen Probandenzahlen durchzuführen. Da die genauen Auswertungen erst später rechnergestützt vorgenommen zu werden brauchen, erübrigen sich Aufsichten und Videoanalysen durch technisch-wissenschaftliches Personal.Achieved advantages The invention offers the user feedback with maximum information content about the current state of a tooth cleaning and especially about the current degree of contamination of the tooth surfaces. In the context of dental prophylaxis treatments, the device supports the rapid and efficient instruction of patients in the application of brushing techniques. For research, the recording function of the device opens up a wealth of new opportunities to conduct studies with high sample numbers. Since the exact evaluations need to be made later computer-aided, superiors and video analysis by technical-scientific personnel are unnecessary.

Subtile Veränderungen der Feinmotorik eines Menschen können durch vergleichende Analyse eines mehrmals täglich benutzten Alltagsgegenstands bemerkt werden und als Frühindikator für Erkrankungen des zentralen Nervensystems (z. B. Morbus Parkinson) dienen. Einer der Erfinder (Prof. Scharfenberg) hat eine Diagnosemöglichkeit bereits schützen [ DE 10 2007 018 751 A1 ] lassen. Das erfindungsgemäße System ist ein solcher Alltagsgegenstand, der den Vergleich aktueller Bewegungsabläufe beim Zähneputzen mit früher aufgezeichneten ermöglicht.Subtle changes in the fine motor skills of a human being can be detected by comparative analysis of an everyday object used several times a day and serve as an early indicator of diseases of the central nervous system (eg Parkinson's disease). One of the inventors (Prof. Scharfenberg) has already protected a diagnostic option [ DE 10 2007 018 751 A1 ] to let. The system according to the invention is such an everyday object that allows the comparison of current movements when brushing teeth with previously recorded.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 60029345 T2 [0006]
DE 102007018751 A1 [0007, 0010, 0028]
EP 1379149 B1 [0008]
US 8337213 B2 [0009]

Claims

Tooth cleaning system for instructing and monitoring toothbrushing techniques, wherein sensors mounted in a manually or electrically operated toothbrush continuously measure and transmit wirelessly to at least contact pressure and axis accelerations in the three spatial directions to a display unit from which it continuously calculates and visually displays the brush position to it Providing feedback on the plaster progress and the ability to select via a control specific information of interest, in particular on the currently brushed tooth or row of teeth, and wherein a camera built in the display unit allows to record individual movements of the user along with the sensor data for research purposes and these stored sensor data allow follow-up checks to detect changes in toothbrush usage and degenerative changes at an early stage.

The system of claim 1, wherein the accelerometers in the toothbrush are wired, calibrated and stimulated to best identify movement sequences characteristic of a selected brushing technique, such as strike to the occlusal surface, gum to gum, jarring motions or roughing motions.

A system according to claims 1 and 2, wherein the movements for identifying the brushing technique are evaluated for uniformity, length, contact pressure, speed and acceleration and sorted into uniform progressing stages so as to be able to compare different users with one another.

System according to claims 1-3, wherein the display unit recognizes the applied brushing technique by signal analysis of the sensor data and notifies the user of important correction movements via the screen.

A system according to claims 1-4, wherein a continuously updated mirror image is generated to the user in the display in which information is displayed in the form of symbols, texts or color changes of displayed teeth or rows of teeth to convey status information of the denting operation or instructions.

System according to claims 1-5, wherein for the user from the data of the built-in toothbrush sensors on the display analog information in the form of pointer instruments or color gradients can be displayed so that he can improve his movements immediately by observing the display.

A system according to claims 1-6, wherein in addition the individual movement data of a user are recorded and compared with older records to seek to continuously improve the status information about tooth brushing operations according to user-specific, recurring patterns.

System according to claims 1-7, wherein in the display unit using a built-in camera performs a face recognition at the start of the cleaning process and then the individual data from the profile directory of the user are loaded, which also contains historical records of his cleaning operations, bringing the system to individually align the user.

A system according to claims 1-8, wherein later acquired knowledge about the brushing technique can be post-installed and taught to the user immediately via the display.

The system of claims 1-9, wherein the display unit stores both the mirror image of the user with auxiliary information and instructions displayed, and an analysis of the brushing technique and the brush location refined via optical image recognition algorithms supported by markings on the toothbrush, and using the calculated information about a Wired or wirelessly controls a video capture device to produce synchronized parallel recordings.