DE102014006453A1

DE102014006453A1 - Information system for instructing in and monitoring the use of toothbrushing techniques

Info

Publication number: DE102014006453A1
Application number: DE102014006453.0A
Authority: DE
Inventors: Renate Deinzer; Wolfgang Halang; Dietmar Prestel; Arnulf Deinzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2015-11-12

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 Informationssystem besteht aus manuell oder elektrisch betriebener und mit Sensoren für Beschleunigung und Druck sowie optischen Sensoren und Miniaturkameras bestückter Zahnbürste sowie drahtlos verbundener Anzeigeeinheit, bspw. in Form eines handelsüblichen handlichen Telekommunikationsgerätes. Aus den 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. Mit den Aufnahmen der Miniaturkameras und den Daten der Beschleunigungs- und optischen Sensoren sowie eines Positionssenders erschließen sich der Forschung vielfältige Möglichkeiten für Studien mit hohen Probandenzahlen. Der täglichen Zahnpflege werden individuelle Bewegungsabläufe zur Aktualisierung von Benutzerprofilen bereitgestellt, 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 information system according to the invention consists of manually or electrically operated and equipped with sensors for acceleration and pressure and optical sensors and miniature cameras toothbrush and wirelessly connected display unit, for example. In the form of a commercially available handy telecommunications device. From the 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 also continuously improve his brushing technique after correction instructions. With the images of the miniature cameras and the data of the acceleration and optical sensors as well as a position transmitter, the research opens up a variety of possibilities for studies with high numbers of subjects. The daily dental care individual motion sequences are provided to update user profiles to represent brushing operations due to constantly improved knowledge with higher spatial resolution and possibly specify corrections targeted.

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 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 Rückmeldungen in halbjährlich stattfindenden Prophylaxe-Behandlungen liefern keine exakten Fehleranalysen. Die Studie [Harnacke2012] zeigt jedoch, dass rechnerunterstütztes Training hier zu Verbesserungen führen kann, da es u. a. lehrt, die Zähne systematisch zu putzen.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 it is not possible to remove 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 feedback in semi-annual prophylactic treatments do not provide accurate error analyzes. The study [Harnacke2012] shows, however, that computer-aided training can lead to improvements here, as it may lead to a. teaches to brush teeth systematically.

Moderne elektrische Zahnbürsten unterstützen mit einer Vielzahl von Funktionen gründliche Zahnreinigungen. So melden sie u. a. automatisch den Anpressdruck (8) oder lösen mittels Ultraschall Verunreinigungen von den Zahnoberflächen ab, um die Zähne nicht nur gründlich, sondern auch schonend zu reinigen. Trotzdem werden die Anwender mit der Bürstenbenutzung allein gelassen. Bei Prophylaxe-Behandlungen lernen Patienten deshalb, pro Zahn 21...22...23 zu zählen 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 (10).Modern electric toothbrushes support thorough tooth cleaning with a variety of functions. For example, they automatically report the contact pressure ( 8th ) or ultrasonically loosen contaminants from the tooth surfaces to not only clean the teeth thoroughly but also gently. Nevertheless, users are left with the brush use alone. In prophylactic treatments, patients therefore learn to count 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 ( 10 ).

Wie die Studie [Micheelis06] belegt, gibt es offensichtlich noch keine ausreichende Rückmeldung über Reinigungsfortschritte. 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.As the study [Micheelis06] shows, there is obviously still insufficient feedback on cleaning progress. 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 befinden sich Zahnbürsten, die über Ortssensoren und externe Referenzpunkte (Stirn) einer Überwachungseinheit stets die aktuelle Position mitteilen. Wegen der aufwendigen Konstruktion sowie schwierigen Kalibrierung sind jedoch solche Lösungen nicht für den Massenmarkt geeignet. Während der aktuelle Bürstort damit zwar ermittelt werden kann, fehlen aber Sensordaten über auftretende Kräfte oder Kamerabilder, die für weitergehende Auswertungen vor allem in der Forschung dringend benötigt werden.Even at the prototype stage, there are toothbrushes which always communicate the current position via location sensors and external reference points (forehead) of a monitoring unit. Because of the complex construction and difficult calibration, however, such solutions are not suitable for the mass market. While the current brush location can be determined, sensor data on occurring forces or camera images, which are urgently needed for further evaluations, especially in research, are missing.

In [ DE 60029345 T2 ] 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. Weiterhin kann kein umfassendes Sensorbild bereitgestellt werden, weil es dazu an wichtigen Sensoren mangelt. Schließlich lässt die Formulierung der Ansprüche einen Hinweis auf die Analyse der Bewegungsabläufe vermissen.In [ DE 60029345 T2 ] 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 toothbrush technique associated with information on how to prepare the sensor data for the evaluation of the plaster quality or the sensors are wired accordingly. Furthermore, a comprehensive sensor image can not be provided because it lacks important sensors. Finally, the wording of the claims misses any indication of the analysis of the movements.

[ DE 10 2007 018 751 A1 ] beschreibt, während einer begrenzten Zeitdauer eine gemäß einer vorgegebenen Bewegungsfolge vorgenommene Handbewegung mittels Beschleunigungs- und Drucksensoren zu erfassen, um die ausführende Person damit eindeutig zu identifizieren. Ein weiterer dort gestellter Anspruch zeigt die Möglichkeit auf, anhand typischer Bewegungseinschränkungen Krankheiten zu erkennen. Es fehlen aber der Vergleich mit historischen Aufzeichnungen und die Suche nach bestimmten Veränderungen in den Bewegungsabfolgen.[ DE 10 2007 018 751 A1 ] describes, during a limited period of time to detect a hand movement made in accordance with a predetermined sequence of movements by means of acceleration and pressure sensors in order to uniquely identify the person performing it. Another claim made there indicates the possibility of recognizing diseases by means of typical movement restrictions. But it lacks the comparison with historical records and the search for certain changes in the sequence of movements.

[ EP 1379149 B1 ] 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 1379149 B1 ] 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.

[ US 8337213 B2 ] verwendet ebenfalls einen Mehrachsen-Beschleunigungssensor. Die aufgenommenen Werte werden mit abgespeicherten Muster verglichen, um Rückschlüsse auf Verhalten und Putzort zu ziehen. Es fehlen aber Hinweise auf markante Eigenschaften verschiedener Bewegungsmuster und ob eine Signalanalyse der Daten bei der Aufnahme der Muster eine Rolle spielt.[ US 8337213 B2 ] also uses a multi-axis accelerometer. The recorded values are compared with stored patterns to draw conclusions about behavior and cleaning location. However, there are no indications of distinctive properties of various Movement patterns and whether a signal analysis of the data in the recording of patterns plays a role.

In [ DE 10 2007 018 751 A1 ] werden neuromotorische Eigenschaften der Feinmotorik der Finger, der Hand und des Armes aus dem Tast-, Bewegungs- und Druckmuster eines mit Sensoren ausgestatteten Körpers ermittelt und zur Diagnose und Therapie von Krankheiten eingesetzt. Es fehlen allerdings Hinweise auf Vergleiche 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, the hand and the arm are determined from the tactile, motion and pressure pattern of a sensor-equipped body and used for the diagnosis and treatment of diseases. However, references to comparisons with historical recordings of the movement patterns of the body are lacking, 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 Putzdauern 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 die nach Fones, Stillmann, Kai oder Bass ([ORAL96], [MULLER11], [FONES21], [BASS54], [SCHLÜTER10]) gibt es noch keine elektronische Unterstützung, die den Anwender während eines Putzvorgangs gezielt auf Bewegungsänderungen hinweist. Es fehlt ebenso an geeigneten Visualisierungs- und Darstellungsgeräten, die 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 durations per tooth or incorrect contact pressure are not or only insufficiently possible with the state of the art devices. Also for instruction in brushing techniques like Fones, Stillmann, Kai or Bass ([ORAL96], [MULLER11], [FONES21], [BASS54], [SCHLÜTER10]), there is no electronic support to assist the user during a brushing process specifically indicates movement changes. There is also a lack of suitable visualization and display devices that record sensor data and clinical data in any manner, combine and translate into vivid 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.

In der Forschung werden Geräte benötigt, die in umfassender Weise Daten über Standardbewegungsvorgänge bereitstellen. Auch müssen diese Geräte für Untersuchungen mit hoher Probandenzahl in ausreichender Anzahl zur Verfügung stehen.Research requires devices that provide comprehensive data about standard motion operations. Also, these devices must be available for investigations with high numbers of subjects in sufficient numbers.

Aufgabetask

Aufgabe ist es deshalb, ein Gerät mit reichhaltiger Sensorausstattung mit dem Ziel zu entwickeln, dem Anwender laufend Rückmeldungen über seine Putztechnik zu geben und ein Momentbild seines Bürstvorgangs bzw. regelmäßige Abfolgen davon zu generieren sowie diese Daten dauerhaft für spätere Auswertungen zu speichern.Task is therefore to develop a device with rich sensor equipment with the goal to give the user continuous feedback about his cleaning technique and generate a snapshot of his brushing process or regular sequences thereof and to store this data permanently for later analysis.

Technische LösungTechnical solution

Eine mit einer Fülle von Sensoren ausgestattete Zahnbürste wird mit einer Anzeigeeinheit kombiniert (1), um dem Anwender umfassende Rückmeldungen zu seinem Zahnputzvorgang zu ermöglichen. Dabei kommen kombinierte Auswertungen zum Tragen, die in ihrer Gesamtheit auch für die Forschung von hohem Wert sind. Der Zahnbürstenrumpf ist mit vielfältigen Sensoren ausgestattet, zu denen Beschleunigungs- und Drucksensoren sowie optische Sensoren und Kameras gehören.A toothbrush equipped with a wealth of sensors is combined with a display unit ( 1 ) in order to provide the user with comprehensive feedback on his toothbrushing process. Combined evaluations, which in their entirety are of high value for research, come into their own. The toothbrush body is equipped with a variety of sensors, including acceleration and pressure sensors as well as optical sensors and cameras.

Beschleunigungssensoren (2) messen die Achsen- und Winkelbeschleunigungen in allen drei Raumrichtungen. Damit sie der Anzeigeeinheit Daten in ausreichender Qualität senden können, müssen sie für diesen Zweck entsprechend kalibriert und beschaltet werden.Acceleration sensors ( 2 ) measure the axis and angular accelerations in all three spatial directions. To be able to send the display unit data in sufficient quality, they must be calibrated and wired accordingly for this purpose.

Im Hals der Zahnbürste ist ein Drucksensor angeordnet (2), der fortlaufend den Anpressdruck der Borsten auf die Zahnfläche misst, um dann gemeinsam mit den Sensordaten zur Auswertung herangezogen zu werden. Eine mögliche Ausführungsform dieses Sensors stellt ein Dehnungsmessstreifen (DMS) dar, der auf dem Gehäuse oder auf der innenliegenden Wand des Zahnbürstengehäuses aufgeklebt ist. Die ausgewerteten Daten dieses Sensors verhelfen dem Anwender dazu, bei ständiger Verbesserung des Putzvorgangs das Zahnfleisch nicht zu verletzen oder bei oft wiederholtem Zähneputzen zu hohe Abrasion des Zahnbelags zu verhindern.In the neck of the toothbrush, a pressure sensor is arranged ( 2 ), which continuously measures the contact pressure of the bristles on the tooth surface, in order to then be used together with the sensor data for evaluation. A possible embodiment of this sensor is a strain gauge (DMS) which is glued to the housing or on the inner wall of the toothbrush housing. The evaluated data of this sensor help the user, with constant improvement of the cleaning process, not to injure the gums or to prevent excessive abrasion of the plaque often repeated brushing.

Am Rande des Borstenfeldes sind optischen Sensoren eingebettet (7). Eine mögliche Ausführungsform für sie stellen einfache CCD-Sensoren mit eigenen Lichtquellen dar. Aus den in den Aufnahmen ermittelten Kontrastveränderungen gewinnt die Anzeigeeinheit wie bei einer optischen Maus Informationen über die Bewegung der Zahnbürste, die zur Bestimmung der Bürstbewegung und des Bürstortes beitragen. Da das Sichtfeld der optischen Sensoren durch Zahncreme, Speichel usw. beeinträchtigt sein kann, wird eine größere Anzahl von ihnen vorgesehen. Im Rahmen der Auswertungen wird entschieden, welche Daten valide sind.At the edge of the bristle field, optical sensors are embedded ( 7 ). A possible embodiment for them are simple CCD sensors with their own light sources. From the contrast changes determined in the images, the display unit wins information on the movement of the toothbrush, as in an optical mouse, which contribute to the determination of the brush movement and the brush location. Since the visual field of the optical sensors may be affected by toothpaste, saliva, etc., a larger number of them are provided. The evaluations decide which data are valid.

An den beiden Längsseiten des Borstenfeldes sind Miniaturkameras eingebaut, die laufend Ströme von Videobildern an die Anzeigeeinheit senden (4). Sofern sie ausdrucksfähig sind, werden diese auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit eingeblendet (3). Die Kameras besitzen zusätzlich Beleuchtungsquellen, z. B. Weißlicht-LEDs, um Aufnahmen in ausreichender Helligkeit und Schärfe zu produzieren. Auch auf diese Aufnahmen werden bildanalytische Algorithmen angewendet, um weitergehende Informationen zu gewinnen. Zusätzlich erlauben die Aufnahmen der Forschung, über Betrachtung und Bewertung der Videoaufnahmen wichtige Schlussfolgerungen zu ziehen. Sie können aber auch an den behandelnden Zahnarzt zur Begutachtung eines Heilungsprozesses gesendet werden.Miniature cameras are installed on the two long sides of the bristle field, which continuously send streams of video images to the display unit ( 4 ). If they are expressible, they are displayed on the screen of the display unit ( 3 ). The cameras also have lighting sources, eg. B. white light LEDs to produce shots in sufficient brightness and sharpness. Image analytic algorithms are also applied to these recordings in order to gain further information. In addition, research images allow us to draw important conclusions about viewing and evaluating video recordings. But they can also be sent to the attending dentist for review of a healing process.

Eingebaute Sensoren bedienen sich der Ultraschalltechnik, um die direkte Umgebung der Zahnbürste beim Bürsten zu erfassen. Das versetzt die Anzeigeeinheit in die Lage, mit den drahtlos übertragenen Daten die Umgebung der bürstenden Zahnbürste abzubilden sowie Rückschlüsse über den Verschmutzungsgrad durch Erkennung von Kontraständerungen in den Aufnahmen und durch Vergleich mit gespeicherten anatomischen Daten des Anwenderkiefers zu ziehen. So dient die Detektion von Speiseresten in Zahnzwischenräumen und Zahnbelag zur Markierung noch zu reinigender Zahnflächen. Mittels dieser Informationen kann der Anwender direkt auf die noch nicht gereinigten Zahnflächen geleitet werden. Mit der damit verbundenen Anzeige erhöht sich seine Motivation zur Befolgung der Instruktionen des Anzeigegerätes. Built-in sensors use ultrasound technology to detect the direct environment of the toothbrush when brushing. This enables the display unit to map the brushed toothbrush environment with the wireless data and to draw conclusions about the degree of soiling by detecting contrast changes in the images and comparing it with stored anatomical data of the user's jaw. Thus, the detection of food residues in interdental spaces and dental plaque serves to mark tooth surfaces still to be cleaned. By means of this information, the user can be guided directly to the not yet cleaned tooth surfaces. With the associated display increases his motivation to follow the instructions of the display device.

Zahnbürste und Anzeigeeinheit kommunizieren drahtlos über eine eingebaute Standard-Übertragungseinheit (2). Diese kann beispielsweise ein Bluetooth- oder ein WLAN-Controller sein.Toothbrush and display unit communicate wirelessly via a built-in standard transmission unit ( 2 ). This can be for example a Bluetooth or a WLAN controller.

Alle gewonnenen Daten werden im Profilverzeichnis des Anwenders dauerhaft gespeichert, von wo sie für zukünftige Auswertungen herangezogen werden. Sie werden dem Anwender über eine beim Start des Putzvorgangs durchgeführte Gesichtserkennung zugeordnet. Auswertungen historischer Putzverläufe eröffnen über die Suche nach wiederholt auftretenden Mustern die Möglichkeit, weitere Erkenntnisse zu gewinnen, die in zukünftige Bürstvorgänge in Form höherer Genauigkeit der Rückmeldung mit einfließen können.All data obtained are stored permanently in the profile directory of the user, from where they are used for future evaluations. They are assigned to the user via a facial recognition performed when the brushing process is started. Evaluations of historical plaster progressions open up the possibility, through the search for recurring patterns, of gaining further insights which can be incorporated into future brushing processes in the form of higher accuracy of the feedback.

Die Anzeigeeinheit fertigt in regelmäßigen Abständen Schnappschüsse des Bildes der Frontkamera an (3). Mit diesen Bildern können weitere Personen den Putzvorgang begleiten. Diese Funktion eignet sich sowohl für Eltern, die Gewissheit über das Zähneputzen ihrer Sprösslinge gewinnen wollen, als auch für Ärzte, die sich über die Fortschritte ihrer Patienten informieren wollen.The display unit periodically takes snapshots of the front camera image ( 3 ). With these pictures, other people can accompany the cleaning process. This feature is useful for parents who want to be sure about brushing their offspring, as well as for physicians who want to know about their patients' progress.

Zusätzlich sind ein oder mehrere Positionssender im Kopf der Zahnbürste integriert. Diese verwenden Referenzpunkte zur Angabe genauer Positionen, die sich an der Stirn oder im Bereich des Kinns befinden oder aber in den Gehörgängen des Benutzers liegen können.In addition, one or more position transmitters are integrated in the head of the toothbrush. These use reference points to indicate precise positions that may be on the forehead or in the area of the chin, or may be in the auditory canals of the user.

Auf der Anzeigeeinheit werden neben der visuellen Darstellung des Kiefers auch Instruktionen kombiniert mit Statusinformationen wiedergegeben, die es dem Anwender erlauben, noch während des Zahnputzvorgangs seine Bürsttechnik durch Ausprobieren und ständige Rückmeldung zu verbessern. Auch werden Informationen über den Anpressdruck nicht nur mit „korrekt” oder „falsch” angezeigt, sondern in Form gestufter Schattierungen oder stufenlos analog.On the display unit in addition to the visual representation of the jaw and instructions are combined with status information reproduced that allow the user to improve his brushing technique during the Zahnputzvorgangs by trial and error and continuous feedback. Also, information about the contact pressure is displayed not only with "correct" or "wrong" but in the form of graded shades or steplessly analog.

Zur Aufbereitung der Sensordaten und aus Sicherheitsgründen zur etwaigen Wiederholung fehlerhafter Übertragungen verfügt auch die Zahnbürste über eine Rechen- und eine Speichereinheit. Als Energiespeicher in der Zahnbürste bieten sich Akkumulatoren oder Batterien an.For the preparation of the sensor data and for safety reasons to possibly repeat faulty transmissions, the toothbrush also has a computing and a memory unit. As an energy store in the toothbrush to accumulators or batteries offer.

Auf der Rückseite der Zahnbürste und in ihren Seitenflächen sind winzige, farblich unterschiedlich gestaltete LEDs eingefasst (5), deren einzelne Positionen der Anzeigeeinheit bekannt sind. Wenn die farbigen Punkte im Kamerabild auftauchen, kann die Position der Zahnbürste daraus berechnet werden. Durch Erkennung markanter Punkte im Gesicht des Anwenders ist es ebenfalls möglich, die Position des Bürstenfeldes relativ zum Kiefer und den einzelnen Zähnen zu bestimmen.On the back of the toothbrush and in its side surfaces are tiny, differently colored LEDs framed ( 5 ), whose individual positions of the display unit are known. When the colored dots appear in the camera image, the position of the toothbrush can be calculated therefrom. By detecting prominent points in the user's face, it is also possible to determine the position of the brush field relative to the jaw and the individual teeth.

In Echtzeit durchgeführte Datenanalyse gestattet es dem System, dem Benutzer Rückmeldung über an seiner Bürsttechnik (z. B. nach Bass, Fones, Kai, Stillmann, siehe [ORAL96], [MULLER11], [FONES21], [BASS54]) zu tätigende Korrekturen zu geben, womit dem Anwender ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess ermöglicht wird. Vor allem mit der Bürsttechnik verbundene Bewegungsabläufe wie Ausstreichen zur Kaufläche, kreisend von Zahnfleisch zu Zahnfleisch, rüttelnde Bewegungen oder Schruppbewegungen werden mit den kombiniert gewonnenen Informationen bestmöglich identifiziert. Da keine der etablierten Zahnputztechniken evidenzüberprüft ist, besteht Bedarf an neuen, besseren Techniken, die mittels entsprechender Programmen für die Anzeigeeinheit jeweils unmittelbar umgesetzt werden könnten.Real-time data analysis allows the system to provide feedback to the user about corrections to be made to his brushing technique (eg Bass, Fones, Kai, Stillmann, see [ORAL96], [MULLER11], [FONES21], [BASS54]) giving the user a continuous improvement process. Above all, motion sequences associated with the brushing technique, such as brushing out to the occlusal surface, gyrating from gum to gum, jarring movements or roughing motions are identified in the best possible way with the combined information obtained. Since none of the established toothbrushing techniques is evidence-verified, there is a need for new, better techniques that could be immediately implemented by means of appropriate display unit programs.

Als Anzeigeeinheit können handelsübliche Notebook- und Tablet-PCs sowie Smartphones dienen, sofern sie über eine eingebaute Kamera verfügen. Die empfangenen Bilder werden in transparenter Weise dargestellt. Dabei kann die aktuell gebürstete Zahnfläche eingefärbt werden. Falls Teile des Gesichtes die Zähne bedecken, kann auch für diesen Zweck eine transparente Darstellung des Gesichts (Lippen, Backen halb durchsichtig) gewählt werden, um darunterliegende Zähne sichtbar zu machen. In einer einfachen Version richtet sich die bildliche Darstellung in auflösbarer Granularität nach der Position der Zahnbürste und zeigt den dortigen Kieferabschnitt sinnfällig in einer breiten Aufnahme. Das System konstruiert nach dem Beginn des Putzvorgangs laufend die aktuelle Bildposition und passt die Anzeige entsprechend an. Dabei blendet es geeignete Informationen und Anweisungen als Text, Symbole (9) oder farblich veränderte Kieferabschnitte in das Spiegelbild des Anwenders ein, das von einer Frontkamera laufend erfasst und als Videostrom auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit ausgegeben wird. Die in 9 dargestellte Realisierungsmöglichkeit bietet eine Ortsauflösung in Sextanten an und unterscheidet zwischen Innen- und Außenzahnflächen. Eine alle Zahnflächen, also Innen-, Außen-, Seiten- und Kauflächen, umfassende Symboldarstellung wird in den 10 und 12 vorgestellt. Aus Sensorwerten berechnete Informationen können auch in Form analoger Zeigerinstrumente oder Farbverläufe eingeblendet werden, damit der Anwender durch Beobachtung der Anzeige seine Bewegungsabläufe sofort verbessern kann.As a display unit commercially available notebook and tablet PCs and smartphones can serve, provided they have a built-in camera. The received images are displayed transparently. The currently brushed tooth surface can be colored. If parts of the face cover the teeth, a transparent representation of the face (lips, semi-transparent cheeks) may also be selected for this purpose to visualize underlying teeth. In a simple version, the pictorial representation in resolvable granularity depends on the position of the toothbrush and shows the jaw section there evident in a wide shot. The system continuously constructs the current image position after the beginning of the cleaning process and adjusts the display accordingly. It hides suitable information and instructions as text, symbols ( 9 ) or color-changed jaw sections in the mirror image of the user, which recorded by a front camera continuously and as a video stream is output to the screen of the display unit. In the 9 Realization option shown offers a spatial resolution in sextants and distinguishes between inner and outer tooth surfaces. A all tooth surfaces, ie inside, outside, side and chewing surfaces, comprehensive symbol representation is in the 10 and 12 presented. Information calculated from sensor values can also be displayed in the form of analogue pointer instruments or color gradients so that the user can immediately improve his motion sequences by observing the display.

Das Profilverzeichnis erlaubt, die gespeicherten Sensordaten um zahnärztliche Befunde oder Röntgenaufnahmen zu ergänzen. Die darin enthaltenen Informationen finden auch Eingang in die Bildschirmdarstellung (11) und die Auswertungen.The profile directory allows the stored sensor data to be supplemented by dental findings or X-ray images. The information contained therein is also included in the screen display ( 11 ) and the evaluations.

Vor dem Beginn eines Zahnputzvorgangs wird der Anwender identifiziert und seine Daten werden aus dem Profilverzeichnis geladen. Zur Identifikation werden Gesichtserkennungsalgorithmen auf die Spiegelbildaufnahme in der Anzeigeeinheit angewendet.Before starting a toothbrushing process, the user is identified and his data is loaded from the profile directory. For identification, face recognition algorithms are applied to the mirror image capture in the display unit.

Das System kann mit einem Gerät zur Videoaufzeichnung kombiniert werden. Dafür wird das Aufnahmegerät mit der Anzeigeeinheit über ein geeignetes Kabel 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.The system can be combined with a video recording device. For this, the recording device is connected to the display unit via a suitable 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.

Ausführungsbeispieleembodiments

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 dessen individuelle Bewegungsabläufe kennenlernt, um die Genauigkeit der Darstellung kontinuierlich zu steigern und ggf. gezielt Korrekturen vorgeben zu können. Ebenso kann aber auch von Anfang an eine Bürsttechnik wie die nach Bass oder Fones ([ORAL96], [MULLER11], [FONES21]) gewählt werden, woraufhin das System dem Anwender jeweils den Putzort anweist und seine Bewegungen anhand der Sensordaten in Echtzeit mit Korrekturanweisungen bedient.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 acquires his individual motion sequences via a growing user profile in order to continuously increase the accuracy of the display and, if necessary, be able to specify targeted corrections , Likewise, however, a brushing technique such as that for Bass or Fones ([ORAL96], [MULLER11], [FONES21]) can be chosen right from the beginning, whereupon the system instructs the user in each case the cleaning location and his movements using the sensor data in real time with correction instructions served.

Je nach verfügbaren Sensordaten werden die anvisierten Objekte auf der Anzeigeeinheit in halbtransparenter Darstellungsweise optisch dezent verändert, um dem Nutzer auf natürliche Weise eine Zustandsanalyse oder die vor ihm liegenden Aufgaben näherzubringen. Eingeblendet dazu werden die Aufnahmen der Miniaturkameras, die den Anwender über seinen Bürstvorgang informieren. Möglich ist auch, von den beiden Miniaturkameras an den Längsseiten des Borstenfeldes aufgenommene Bilder des Mundraums an den behandelnden Arzt zur Überprüfung, beispielsweise eines Heilungsprozesses, zu senden.Depending on the available sensor data, the targeted objects are optically discreetly changed on the display unit in semitransparent display mode, in order to bring the user closer to a state analysis or the tasks ahead of him in a natural way. These are the images of the miniature cameras that inform the user about his brushing process. It is also possible to send images taken by the two miniature cameras on the long sides of the bristle field of the oral cavity to the attending physician for checking, for example, a healing process.

Eingebaute Sensoren erfassen mittels Ultraschalltechnik die Umgebung der Zahnbürste beim Bürsten. Durch Auswertung von Kontraständerungen in den Aufnahmen sowie durch Vergleiche mit gespeicherten anatomischen Daten des Anwenderkiefers können Rückschlüsse über den Verschmutzungsgrad gezogen werden. Der Anwender wird gezielt zur Reinigung verschmutzter Zahnflächen aufgefordert, was den regelmäßigen Einsatz dieser Technik stark fördert.Built-in sensors detect the surroundings of the toothbrush when brushing by means of ultrasound technology. By evaluating contrast changes in the images as well as by comparison with stored anatomical data of the user's jaw conclusions can be drawn about the degree of contamination. The user is specifically requested to clean soiled tooth surfaces, which promotes the regular use of this technique.

Erreichte VorteileAchieved benefits

Mit der Fähigkeit, bei Auswertungen auf unterschiedliche Sensordatensätze zurückzugreifen, bietet das System die Möglichkeit, durch vielfältige Kombinationen die aktuell zu bürstenden Zahnfläche und die vollführte Bürstbewegung mit wesentlich höherer Auflösung zu bestimmen. Mit Ultraschallsensoren können sogar Informationen über den aktuellen Verschmutzungsgrad gewonnen werden. Auch die analogen Kameraaufnahmen eröffnen neue Perspektiven bei der Fernüberwachung und Kontrolle des Gesundheitszustandes sowie bei Auswertung und Analyse der Zahnputzvorgänge über einen längeren Zeitraum hinweg.With the ability to use different sensor datasets during evaluations, the system offers the possibility to determine the currently brushed tooth surface and the performed brush movement with much higher resolution with a variety of combinations. With ultrasonic sensors even information about the current degree of pollution can be obtained. The analogue camera images also open up new perspectives for remote monitoring and control of the state of health as well as evaluation and analysis of toothbrushing over a longer period of time.

Für die Forschung eröffnet die Aufzeichnungsfunktion des Systems eine Fülle neuer Möglichkeiten, Studien mit hohen Probandenzahlen durchzuführen. Da die eigentlichen Auswertungen erst später rechnergestützt vorgenommen zu werden brauchen, erübrigen sich Aufsichten und Videoanalysen durch technisch-wissenschaftliches Personal.For research, the system's recording function opens up a wealth of new opportunities to conduct high-volume studies. Since the actual evaluations need to be made later computer-aided, supervision and video analysis by technical-scientific personnel is unnecessary.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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

Claims

An information system for instructing in and monitoring the use of toothbrushing techniques, wherein sensors built into a manually or electrically operated toothbrush continuously measure and wirelessly communicate to a display unit from which it continuously calculates the brush position and visually superimposes the user with its mirror image, to give him feedback on the progress of the plaster, the evaluation of his cleaning technique and other crucial features of his brushing and the ability to select specific information about a control element of interest, in particular on the currently brushed teeth or the tooth just brushed, and wherein other optical sensors and a position transmitter support this evaluation process and a built-in camera in the display unit allows individual movement patterns of the user together with the sensor data for research purpose e record and save them in a user profile that also contains anatomical information.

The system according to claim 1, wherein suitable optical sensors with the enclosed light source arranged on the edge of the bristle field of the toothbrush transmit their data to the display unit, which first filters out the data coming from the salivary and toothpaste-covered optical sensors and on the basis of the remaining in successive recordings Determines contrast changes, from which, like an optical mouse, it gains information about the movement of the toothbrush, which contributes to the determination of the brush movement and the brush location.

System according to claims 1 and 2, wherein on both longitudinal sides of the bristle field of the toothbrush cameras are installed with light sources that continuously video streams to the display unit for insertion on the screen as well as recording in a persistent memory for later analysis, eg. With image recognition algorithms.

The system of claims 1-3, wherein the display unit periodically takes snapshots of the user's mirror image that may be sent to external devices for purposes of monitoring the brushing operation.

System according to claims 1-4, wherein a position transmitter is integrated in the head of the toothbrush, which calculates the exact position of the toothbrush via a reference point located on the forehead, in the region of the chin or in the auditory canal of the user and timely with the other recorded data wirelessly transmits to the display unit.

System according to claims 1-5, wherein on the back of the toothbrush and in its side surfaces are tiny, color differently shaped and, for example, designed as LEDs luminous points to support the recorded mirror images of the user applied image recognition algorithms and thus the Bürstort with higher accuracy to determine.

A system according to claims 1-6, wherein built-in sensors continuously measure contact pressure, angular and axial accelerations in the three spatial directions and transmit wirelessly to the display unit from which it continuously calculates the brush position and applied brushing motion.

System according to claims 1-7, wherein built-in sensors detect the surroundings of the sensor by means of ultrasonic waves and allow the display unit with the data obtained to derive additional conclusions for determining the Bürstortes and the degree of contamination.