JP2018523507A - 口腔清掃装置の位置特定のための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

ユーザの口内の口腔清掃装置の位置を特定するための方法３００が提供される。当該方法は、（ｉ）動き識別器２８を有する口腔清掃装置１０を供給するステップ３１０と、（ｉｉ）動き識別器から受信されるセンサ情報に基づいて、ユーザの口の中で口腔清掃装置が第１の位置にある確率を推定するステップ３３５と、（ｉｉｉ）ユーザの口の中の第２の状態への完了した遷移に関する情報を動き識別器から受信するステップ３４０と、（ｉｖ）遷移確率を決定するために、前記完了した遷移を、前記ユーザの口の中の複数の可能性のある状態の各々の間で起こり得る遷移の規定のセットと比較するステップ３５０と、第１の位置の確率及び遷移確率を有する確率的グラフィカルモデルを用いて、第２の状態の位置の確率を決定するステップ３５０と、を含む。

Description

本開示は、概して、空間センサ入力を用いて口腔清掃装置の位置を特定し、動きを追跡するための方法及びシステムに関する。

ブラッシングの長さ及びカバレージを含む適切なブラッシング技術は、長期的な歯の健康を確保するのに役立つ。多くの歯の問題は、定期的に歯磨きをしていないか、又は、不適切に行なっている人によって経験される。定期的にブラッシングを行なう人の間で、不適切なブラッシング習慣は、ブラッシングのカバレージが悪くなり、その結果、表面が適切に清掃されないことがある。

適切なブラッシング技術を容易にするために、歯ブラシは、ユーザが最小推奨時間量の間ブラッシングすることを知るようにタイマ機能を提供するように設計されている。タイマ機能は、可聴音、触覚フィードバック、又は、所定の時間が経過したときにユーザに知らせるための他の通知機構を含むことができる。これにより、十分な時間、歯を磨いたことをユーザに示すことができる。

適切なブラッシング技法を促進するための別のメカニズムは、平均的なブラッシングセッション中に到達しにくい、又は、不適切に洗浄される傾向のある口の領域を含む、全ての歯科表面の適切な清掃が確実に行なわれるようにすることである。適切なカバレージを確保する１つの方法は、ブラッシングセッション中に口内の歯ブラシの位置を追跡し、それを歯科用表面のマップと比較することである。例えば、ユーザの歯に対して固定された関係で配置されたセンサを有するシステムは、ユーザの歯上での歯ブラシの動きを追跡することができる。

あるいは、歯ブラシは、口内の装置の動きを追跡しようと試みる１又は複数の内部センサを含むことができる。このようなシステムでは、ユーザは、歯ブラシが口の中の既知の固定位置にある状態でブラッシングを開始し、その後のブラシの移動が１つ以上の内部センサから決定される。しかし、このアプローチには幾つかの制限がある。ユーザは、ブラッシング中に頭を動かすことができない。頭の移動は、元の固定基準点の適切な位置付けを妨げるためである。このシステムは、口の左上の内側と口の外側の右上のように、データが類似する口の特定の領域の間で混乱する。システムの解像度は低く、これは、歯などのより正確な位置決めではなく、口の広い部分のみを追跡することができることを意味する。

従って、正確な開始位置情報を必要とせずに、空間センサ入力を使用して口内の歯ブラシの動きを追跡する方法が当該技術分野で引き続き必要とされている。

本開示は、口腔内の口腔清掃装置の動きを追跡するための本発明の方法及びシステムに関する。口内で口腔清掃装置を位置特定するように構成されたシステムに適用すると、本発明の方法及びシステムは、より高い精度の追跡を可能にし、従って、ユーザのブラッシング技術の評価を提供する。この方法は、口腔内の口腔清掃装置の動きを追跡するために確率的グラフィカルモデルを利用する。この確率的グラフィカルモデルは、確率的入力を使用して、現在の状態に関する最良の推定を行なう。ここで、現在の状態の確率分布は、前の状態確率分布とモーションセンサによって検出されるような或る状態から他の状態への遷移の確率とから計算される。システムは、ブラッシングセッションの経過中に、状態及び遷移を追跡し、その情報を利用してブラッシング技術評価を提供する。

一般的に、或る態様では、ユーザの口内の口腔清掃装置を位置特定するための方法が提供される。当該方法は、（ｉ）動き識別器を有する口腔清掃装置を供給するステップと、（ｉｉ）前記動き識別器から受信されるセンサ情報に基づいて、前記ユーザの口の中で前記口腔清掃装置が第１の位置にある確率を推定するステップと、（ｉｉｉ）前記ユーザの口の中の第２の状態への完了した遷移に関する情報を前記動き識別器から受信するステップと、（ｉｖ）遷移確率を決定するために、前記完了した遷移を、前記ユーザの口の中の複数の可能性のある状態の各々の間で起こり得る遷移の規定のセットと比較するステップと、（ｖ）前記第１の位置の確率及び前記遷移確率を有する確率的グラフィカルモデルを用いて、前記第２の状態の位置の確率を決定するステップと、を含む。

一実施形態によれば、第２の状態の位置の確率を決定するステップが、第１の位置の確率、遷移確率、及び、現在の状態の確率を有する確率的グラフィカルモデルを有する。

一実施形態によれば、上記方法は、口腔清掃装置のために較正データを供給するステップを更に有し、推定するステップが、動き識別器から受信されるセンサ情報と較正データとに基づいている。

一実施形態によれば、確率的グラフィカルモデルが、隠れマルコフモデルである。

一実施形態によれば、第２の状態の位置の確率が、起こり得る遷移の規定のセット内の各遷移の確率に、ユーザの口内の複数の可能な状態の各々における口腔清掃装置の起点の確率を乗算することによって決定される。

一実施形態によれば、上記方法は、後続の遷移確率に基づいて、前の状態決定を修正するステップを更に有する。

一実施形態によれば、上記方法は、ブラッシングセッションの間の２以上の状態及び／又は遷移のパターンに基づいてユーザのアイデンティティを決定するステップを更に含む。

一実施形態によれば、上記方法は、状態決定を用いてブラッシングセッションを評価するステップを更に含む。

一実施形態によれば、或る態様は、口腔清掃装置である。当該口腔清掃装置は、動き識別器と、動き識別器と通信するコントローラと、を含む、口腔清掃装置であって、コントローラは、（ｉ）動き識別器から受信されるセンサ情報に基づいて、ユーザの口の中で口腔清掃装置が第１の位置にある確率を推定し、（ｉｉ）ユーザの口の中の第２の状態への完了した遷移に関する情報を動き識別器から受信し、（ｉｉｉ）遷移確率を決定するために、完了した遷移を、ユーザの口の中の複数の可能性のある状態の各々の間で起こり得る遷移の規定のセットと比較し、（ｉｖ）第１の位置の確率及び遷移確率を有する確率的グラフィカルモデルを用いて、第２の状態の位置の確率を決定するように構成される。

一実施形態によれば、コントローラは、決定された状態位置を伝達するように更に構成される。

一実施形態によれば、或る態様は、口腔清掃システムである。当該システムは、動き識別器及び通信モジュールを具備する口腔清掃装置を含み、当該口腔清掃装置は、通信モジュールを介して、ユーザの口内における口腔清掃装置の１又は複数の完了した遷移についての動き識別器からのセンサデータを送信するように構成される。また、当該システムは、口腔清掃装置と通信するとともに、プロセッサを有する装置であって、プロセッサは、（ｉ）動き識別器から受信されるセンサ情報に基づいて、ユーザの口の中で口腔清掃装置が第１の位置にある確率を推定し、（ｉｉ）ユーザの口の中の第２の状態への完了した遷移に関する情報を動き識別器から受信し、（ｉｉｉ）遷移確率を決定するために、完了した遷移を、ユーザの口の中の複数の可能性のある状態の各々の間で起こり得る遷移の規定のセットと比較し、（ｉｖ）第１の位置の確率及び遷移確率を有する確率的グラフィカルモデルを用いて、第２の状態の位置の確率を決定するように構成される、装置を含む。

或る態様によれば、ユーザ口内の口腔清掃装置を位置特定するための方法が提供される。当該方法は、（ｉ）動き識別器を有する口腔清掃装置を供給するステップと、（ｉｉ）口腔清掃装置がユーザの口内の第１の位置に配置されていることを決定するステップと、（ｉｉｉ）ユーザの口内の第２の状態への完了した遷移に関する情報を動き識別器から受信するステップと、（ｉｖ）遷移確率を決定するために、完了した遷移を、ユーザの口口内の複数の可能性のある状態の各々の間で起こり得る遷移の規定のセットと比較するステップと、（ｖ）第１の位置及び遷移確率を有する確率的グラフィカルモデルを用いて、第２の状態の位置の確率を決定するステップと、を含む。

前述の概念及び以下でより詳細に論じられる追加の概念（そのような概念が相互に矛盾しないことを条件とする）の全ての組み合わせが、本明細書に開示された発明要旨の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる主張される主題の全ての組み合わせは、本明細書で開示される本発明の主題の一部であると考えられる。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される１又は複数の実施形態を参照して明らかになるであろう。

図中、同様の参照符号は、一般的に、異なる図面を通じて同じ部分を表す。また、図面は、原寸通りではなく、代わりに、本発明の原理を図示するにあたって強調されている。
図１は、一実施形態に係る口腔清掃装置を示している。 図２Ａは、一実施形態に係る口腔清掃装置制御システムを概略的に示している。 図２Ｂは、一実施形態に係る口腔清掃装置制御システムを概略的に示している。 図３は、一実施形態に係る空間センサ入力を用いて固定された空間内での装置の動きを追跡するための方法を示すフローチャートである。 図４は、一実施形態に係る口腔内の様々な状態を概略的に示している。 図５は、一実施形態に係る口腔内の様々な状態間の遷移を概略的に示している。 図６は、一実施形態に係る移行の可能性の表である。 図７は、一実施形態に係る口腔内の様々な状態間の遷移の表である。

本開示は、口腔内の口腔清掃装置の動きを追跡するための方法及びコントローラの様々な実施形態について記載する。より一般的には、本出願人は、ユーザのブラッシング技術の評価を提供するために、口腔内の口腔清掃装置の動きを追跡するシステムを提供することが有益であることを理解し、認識した。従って、本明細書に記載された方法又は他の方法で構想された方法は、ユーザの口内での口腔清掃装置の位置を決定し、複数の変形例のうちでも特に、ユーザが口内の離散位置をどのくらい長くブラッシングするかを決定する口腔清掃装置を提供する。一実施形態によれば、本方法は、口腔内の口腔清掃装置の動きを追跡するために、確率的グラフィカルモデルを利用する。この確率的グラフィカルモデルは、確率的入力を使用して、現在の状態に関する最良の推定を提供する。ここで、現在の状態の確率分布は、前の状態確率分布とモーションセンサによって検出されるような、或る状態から他の状態への遷移の確率とから計算される。

本明細書の実施形態及び実装の利用の特定の目標は、電動歯ブラシなどの口腔清掃装置を使用してブラッシング情報を提供することである。

図１によれば、一実施形態では、本体部１２と、本体部にマウントされたブラシヘッド部材１４と、を含む口腔清掃装置１０が提供される。ブラシヘッド部材１４は、本体部から離れた端部にブラシヘッド１６を含む。ブラシヘッド１６は、複数の毛を供給する毛面１８を含む。一実施形態によれば、毛は、ヘッドの長手方向軸に対して実質的に垂直な軸に沿って延びているが、多くの他の実施形態のブラシヘッド及び毛も可能である。

一実施形態によれば、ブラシヘッド部材１４は、本体部１２に対して移動できるようにマウントされる。当該移動は、特に、振動又は回転を含む様々な異なる運動のいずれであってもよい。

一実施形態によれば、本体部１２は、運動を生成するための駆動トレイン２２と、ブラシヘッド部材１４に生成された運動を伝達するための伝達コンポーネント２４と、を含む。例えば、駆動トレイン２２は、伝達コンポーネント２４の運動を生成するモータ又は電磁石を有することができる。この運動は、次いで、ブラシヘッド部材１４に伝達される。駆動トレイン２２は、特に、コンポーネントの中でも、電源、オシレータ、及び、１又は複数の電磁石などのコンポーネントを含むことができる。

本実施形態では、口腔清掃装置１０は電動歯ブラシであるが、代替の実施形態では、口腔清掃装置は手動歯ブラシ（図示せず）であることが理解されよう。このような構成では、手動歯ブラシは電気部品を有するが、ブラシヘッドは電気部品によって機械的に作動されない。

本体部１２は、更に、運動生成器２２を活性化及び非活性化させるユーザ入力部２６を備える。ユーザ入力部２６は、ユーザが口腔清掃装置１０を操作できるようにする。例えば、口腔清掃装置１０をオン及びオフできるようにする。ユーザ入力部２６は、例えば、ボタン、タッチスクリーン、又は、スイッチであってもよい。

口腔清掃装置１０は、１又は複数の動き識別器２８を含む。動き識別器２８は、本体部１２内部にあるように図１では示されているが、ブラシヘッド部材１４又はブラシヘッド１６内などの、装置内のどこにでも配置されてもよい。動き識別器２８は、例えば、６軸又は９軸の空間センサシステムを有する。例えば、動き識別器２８は、３軸ジャイロスコープ及び３軸加速度計を用いて、６軸の相対運動（３軸の並進及び３軸の回転）の読み取り値を供給するように構成される。別の例として、動き識別器２８は、例えば、３軸ジャイロスコープ、３軸加速度計、及び、３軸磁力計を使用して、９軸の相対運動の読み取り値を提供するように構成される。他のセンサは、圧力センサ及び他のタイプのセンサを含むがこれらに限定されない、単独で又はこれらのセンサと組み合わせて利用することができる。本明細書に記載されているか、そうでなければ想定されているように、多くの異なるタイプのセンサを利用して、装置の状態及び／又は遷移を決定することができる。

動き識別器２８は、口腔清掃装置１０において所定の位置及び向きで配置される。従って、ブラシヘッド部材１４の向き及び位置は、動き識別器２８の既知の向き及び位置に基づいて、容易に決定される。従って、ブラシヘッド部材１４は、動き識別器２８に対して固定された空間的相対配置にある。

動き識別器２８は、口腔清掃装置１０の加速度及び角度方向を示す情報を生成するように構成される。センサシステムは、６軸又は９軸の空間センサシステムとして共に機能する２つ以上の動き識別器２８を備えることができる。別の実施形態によれば、一体化された９軸空間センサは、口腔清掃装置１０における空間節約を提供することができる。

第１の動き識別器２８によって生成される情報は、装置コントローラ３０に供給される。コントローラ３０は、プロセッサ３２及びメモリ３４を有することができる。プロセッサ３２は、任意の適切な形態をとることができる。例えば、プロセッサ３２は、１つのマイクロコントローラ、複数のマイクロコントローラ、回路、単一のプロセッサ、又は、複数のプロセッサであってもよいし、あるいは、１つのマイクロコントローラ、複数のマイクロコントローラ、回路、単一のプロセッサ、又は、複数のプロセッサを含んでいてもよい。コントローラ３０は、１又は複数のモジュールで形成されてもよく、ユーザ入力部２６などの入力に応答して口腔清掃装置１０を操作するように動作可能である。例えば、コントローラ３０は、モータ制御ユニットを作動させるように構成することができる。一実施形態によれば、動き識別器２８は、コントローラ３０に不可欠である。

メモリ３４は、不揮発メモリ及び／又はＲＡＭを含む、任意の適切な形態をとることができる。不揮発メモリは、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、又は、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）を含んでいてもよい。メモリは、とりわけ、オペレーティングシステムを格納することができる。ＲＡＭは、データの一時的なストレージのためにプロセッサによって使用される。オペレーティングシステムは、コントローラ３０によって実行された場合に、口腔清掃装置１０のハードウェアコンポーネントの各々の操作を制御するコードを含んでいてもよい。

図２Ａによれば、口腔清掃システム２００の一実施形態が提供される。一実施形態によれば、口腔清掃システム２００は、１又は複数の動き識別器２８と、プロセッサ３２及びメモリ３４を有するコントローラ３０と、を含む。電気清掃装置と共に使用されるとき、口腔清掃システム２００は、駆動トレイン２２を含み、その動作はコントローラ３０によって制御される。

一実施形態によれば、コントローラ３０は、ユーザが口の中で装置を動かすときに、口腔清掃装置１０の位置を決定し追跡するために、動き識別器２８からの情報を使用する。コントローラは、動き識別器２８から受信した空間センサ情報から口腔清掃装置１０の位置を推定するために、隠れマルコフモデル（「ＨＭＭ」）又は他の確率的グラフィカルモデル又はハイブリッド法などの確率的グラフィカルモデルを適用するようにプログラム又は構成される。口腔内の位置は特定の名称を有し、これらの名称の各々は、口腔内の口腔清掃装置１０のブラシヘッド部材の別個の位置として見ることができる。例えば、口内のブラシヘッドのおおよその位置を状態と呼ぶ。幾つかの実施形態によれば、状態は、歯上のブラシヘッドの正確な位置、より具体的には歯の特定の部分にあってもよいが、状態は、より大まかに言えば、左上外側、左上内側など（表１参照）、口のセクションであってもよい。ユーザが口内の異なる状態間を移動すると、動き情報が動き識別子２８によって生成され、コントローラ３０に送られる。確率的グラフィカルモデルは、現在の状態に関する最良の推定を生成する。ここで、現在の状態の確率分布は、前の状態確率分布と或る状態から動き識別器２８によって検出されるような任意の他の状態への遷移の確率とから計算される。従って、所与の空間内での装置の最も確からしい位置は、状態間の遷移の可能性に関する情報を含む１又は複数の行列である遷移確率分布と組み合わされた以前の状態確率分布に基づいて決定される。ユーザによる較正に基づく遷移の可能性などの行動情報を含む統計的行列や、センサの読みに基づいて起こった遷移の可能性を含む行列などの複数の遷移行列、又は、システムの事前知識に基づいて起こった遷移の可能性を含む行列である。

図２Ｂによれば、口腔清掃装置１０と、口腔清掃装置とは別個の装置４０と、を有する口腔清掃システム２００の他の実施形態が示されている。口腔清掃装置１０は、本明細書において開示されているか、又は、別の方法で構想された口腔清掃装置の実施形態のいずれかとすることができる。一実施形態によれば、口腔清掃装置１０は、空間センサ情報のための１又は複数の動き識別器２８と、プロセッサ３２を有するコントローラ３０と、を含む。口腔清掃装置１０は、駆動トレイン２２を含むことができ、その動作はコントローラ３０によって制御される。

一実施形態によれば、口腔清掃装置１０は、収集された空間センサ情報を送信する通信モジュール３８を更に有する。通信モジュールは、これらに限定されないが、Wi-Fi（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、近距離通信、及び／又は、セルラモジュールを含む、有線又は無線信号を送信することができる任意のモジュール、装置、又は、手段であり得る。

一実施形態によれば、装置４０は、口腔清掃装置１０から送信された空間センサ情報を受信し処理するように構成された、又は、処理可能な任意の装置とすることができる。例えば、装置４０は、清掃装置ホルダ又はステーション、スマートフォン、コンピュータ、サーバ、あるいは、任意の他のコンピュータ化された装置であってもよい。一実施形態によれば、装置４０は、Wi-Fi、Bluetooth、近距離通信、及び／又は、無線通信を含むがこれらに限定されない、有線又は無線信号を受信することができる任意のモジュール又はセルラモジュールである。また、装置４０は、本明細書で説明されるように、ユーザが口の中で装置を動かすときに、口腔清掃装置１０の位置を決定し追跡するために、動き識別器２８から受信される空間センサ情報を使用するプロセッサ４４を含む。一実施形態によれば、装置４０は、較正データ、受信された空間センサ情報、又は、任意の他の情報を格納するためのメモリ３４を含むことができる。

単なる一例として、口腔清掃装置１０0は、動き識別器２８を使用してセンサ情報を収集し、その情報をBluetooth接続を介してスマートフォン装置４０に局所的に送信することができ、そこで、センサ情報が処理及び／又は格納される。別の例として、口腔清掃装置１０は、動き識別器２８を使用してセンサ情報を収集し、その情報をWiFi接続を介してインターネットに送信し、リモートサーバ装置４０に通信することができる。リモートサーバ装置４０は、センサ情報を処理及び／又は格納する。ユーザは、その情報に直接アクセスしてもよく、又は、リモートサーバ装置４０又は関連する装置から報告、更新、又は、他の情報を受信してもよい。

図３によれば、一実施形態において、所与の空間内の装置の動きを追跡する方法３００のフローチャートが示されている。この方法のステップ３１０において、口腔清掃装置１０が提供される。口腔清掃装置は、本明細書に記載されているか、又は、本明細書で想定されている実施形態のいずれかであり得る。

本方法の任意のステップ３２０において、口腔清掃装置１０を較正することができる。較正は、例えば、システム内の位置及び／又は遷移を定義することを含むことができ、これは、工場又はユーザによって行なうことができる。状態較正データは、注釈付きセンサデータセットからなる。例えば、較正セッションの間、指定された領域がブラッシングされ、瞬間的なセンサデータに注釈が付けられて格納される。

一実施形態によれば、較正は、個々のユーザによって実行することができる。これは、幾つかの方法で実行され得る。例えば、ユーザは単純に装置を使用することができ、システムは、後臼歯における転換点などの形状及び境界条件を登録することによって、顎のマップを再構成することができる。別のユーザ較正方法によれば、ユーザは、ユーザの動きパターン（例えば、高速遷移又は低速遷移）にシステムを訓練するだけでなく、システムが位置をそのセンサデータにマッピングすることができるようにブラッシングすべき場所が示されているブラッシングセッションを通じてガイドされる。

一実施形態によれば、較正ステップは省略される。代わりに、口腔清掃装置は、それらのセッション間のデータを比較することによって、１又は複数のブラッシングセッションに亘って較正データセットを作成する。自己学習法を利用して、工場又はユーザの較正を補う、修正する、又は、そうでなければ調整することもできる。

方法のステップ３３０において、口腔清掃装置は、第１の位置で口の中に配置され、ユーザは歯を磨くことを開始する。一実施形態によれば、ユーザは、どこに歯磨きを開始するべきか指示され、従って、当該方法は、ステップ３３５をスキップしてステップ３４０に進む。

上記方法のステップ３３５において、当該システムは、確率的グラフィカルモデルを用いて、第１の状態の確率を決定する。一実施形態によれば、当該モデルは、前の状態確率を利用して現在の状態確率を決定する。現在の状態確率は、較正データに基づいており、前の状態から現在の状態への遷移の確率は、次式

に従う。ここで、Ｐ（ｓ）は、現在の状態確率行列であり、Ｐ（ｓ−１）は、前の状態確率行列である。また、Ｐ（Ｔ）は、各状態ｓ−１から状態ｓへの遷移の確率行列であり、Ｐ（ｓ_ｃａｌ）は、ステップ３２０からの較正データに基づく現在の状態確率行列である。最終的な分布は、正規化される。

しかしながら、ユーザの口内の第１の位置を推定中、以前の位置確率は存在しない。従って、第１の位置の推定のために、位置を決定すべく較正データのみが利用され得る。現在の状態推定に関しては幾つかの方法があり、これらは、以下においてより詳細に説明される。例えば、一実施形態によれば、未知である第１の状態の確率は、較正データに基づいて決定される。一方、後続の未知の状態は、式：Ｐ（ｓ）＝Ｐ（ｓ−１）＊Ｐ（Ｔ）、又は、式１を用いて決定される。

一実施形態によれば、遷移行列Ｔは、可能性のある各状態から全ての他の可能な状態へ遷移する確率を提供する。

次に、上記行列は、現在の状態行列Ｓと乗算される。この例では、現在の状態は１００％正確に分かっているが、必ずしもそうであるとは限らない。現在の位置はほとんど不確実であり、確率分布を持つ行列Ｓにつながる。遷移確率と状態確率との乗算の結果は、新しい状態確率分布行列Ｐを与える。この行列Ｐから、最も可能性の高い現在の状態を判定し、これを使用してユーザにフィードバックを提供することができる。

遷移行列Ｔ自体は、確率の乗算の結果であってもよく、また、行動パターンの確率情報を含むこともできる。例えば、ブラッシング中にユーザが単一の歯をスキップすることは考えにくい。例えば、歯＃１から歯＃３への移行は、歯＃２を完全にスキップしながらは起こりそうにない。遷移行列Ｔに組み込むことができる各２つの歯の間に遷移確率がある。これらの行動確率は、例えば、ガイドされた較正セッション、または消費者調査から採掘されたデータによって得ることができる。

一実施形態によれば、遷移行列Ｔは、境界条件情報を有する。顎の形状は既知であるため、境界条件を計算に課すことができる。例えば、システムが顎の絶対位置を追跡しており、動きインジケータからの情報が、新しい位置が顎の外側５センチメートルに位置することを示唆している場合、その確率は無視できる。推定位置が、システム境界内にないためである。そのような瞬間に、推測された新しい位置がシステムの境界条件内に戻るか、又は、真の位置である可能性が高いシステムの境界内にある第２の位置に戻るまで、追跡がロストしたとみなされ得る。追跡がロストして再び見つかる毎に、中間パスは、追跡がロストしたときに発生した遷移確率を使用して、新たに見つかった位置からバックトラックすることができる。

一実施形態によれば、瞬時センサ値は、遷移確率が考慮される前に、位置の指示を既に与えることができる。センサデータの各組み合わせは、既に可能性のある位置を制限する。例えば、ブラシが内側を指しているとき、ブラシは顎の外側に位置し、特定の状態は除外される。これらの観察は、ロストした位置追跡を回復するのにも役立つ。状態を瞬時センサデータにリンクするモデルは、エンドユーザ又は開発中のいずれかで、較正ステップから採取されたデータであり得る。

この方法のステップ３４０において、遷移が起こり、動き識別器２８からの情報によって検出される。例えば、動き識別器は、口の一方の側から他方の側への並進、口の内側から口の外側への回転、あるいは、並進及び回転の両方を検出することができる。動き識別器２８のジャイロスコープ、加速度計、磁力計、圧力センサ、及び／又は、他のセンサは、コントローラ３０に情報を連続的又は定期的に送信し、その情報の変化は、遷移、回転、及び／又は、他の動きあるいは遷移を含むがこれらに限定されない遷移としてシステムによって解釈され得る。一実施形態によれば、コントローラは、較正データとの比較、予め決定された又は予めプログラムされたデータとの比較、及び／又は、他のデータに基づく遷移として動き識別器２８からの情報を解釈する。

遷移が完了すると、コントローラ３０は、その情報を利用して、当該方法のステップ３５０において、口腔内の口腔清掃装置１０の新しい位置又は状態を決定する。従って、以前の方法とは異なり、以前の状態から現在の状態へ装置の遷移が完了した後にのみ状態が決定される。新しい状態を決定するために、コントローラは、動き識別器２８からの遷移情報を較正データと比較する。例えば、コントローラは、新しいデータが較正点とどれほど類似しているかを判定し、類似性の尺度を得ることができる。以下で詳細に説明するように、動き識別器２８からの遷移情報を較正データと比較することによって、ステップ３５０を達成するための複数の方法がある。これらは、（ｉ）ヒストグラム相関、（ｉｉ）確率密度分布分析、及び／又は、（ｉｉｉ）最近隣分析を含む。

ヒストグラム相関アプローチのために、正規化されたヒストグラムが、動き識別器２８からの較正データ及び現在観測されたセンサデータの両方の１又は複数の軸について構築される。相関は、ヒストグラムの内積によって、要素ごとに乗算して合計することによって計算される。最も一致するデータポイントを有するデータセットが、最も高い合計につながる。複数の軸が使用されている場合、個々の軸の結果を掛け合わせることによって総推定が計算される。

確率密度分布分析のために、正規分布関数は、以下の式を使用して較正データセットに適合される。

次いで、現在の位置は、確率密度分布における観測されたセンサデータの各個々の点の確率を見出すことによって推定される。一実施形態によれば、この手法は、例えば、較正データの可能なギャップに対してあまり敏感ではない。

幾つかの状態の観察は、局所化のあいまいな結果につながる。これらの状態を区別するためには、状態につながった遷移を見る必要がある。口内移行の最も顕著な特徴は、例えば、第１状態と第２状態との間の角変位であり得る。しかしながら、各遷移は、１組の変位（ｘ、ｙ、ｚ）にのみ対応する。従って、較正セットと比較するための正規確率分布を構築するのに十分なデータがない可能性がある。データ点の数が少ないため、最近隣の分析を利用することができる。一実施形態によれば、遷移が観察されると、システムは、遷移較正セットの５つの最も近い（ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ）隣接を探すが、他の実施形態では５未満又は６以上が利用されてもよい。好ましくは、システムは、等しいオッズを避ける多数の近隣を探す。各遷移の相対確率は、各クラスタが寄与する最近傍の数によって決定される。

従って、一実施形態によれば、最近隣の分析のために、動き識別器２８からの観測されたセンサデータが、多次元空間におけるｘ個の最近傍を見ることによって較正データセットと比較される。動き識別器２８からの観察されたセンサデータによって決定される測定点と各較正点との間の距離は、３次元空間内の２つのベクトルとして表される点の間の差のノルムをとることによって計算される。

次に、各位置の確率は、例えば、以下の式を使用して、その位置に割り当てられている最近傍の相対数によって計算することができる。ここで、ｎ（ｔｏｔａｌ）は、考慮する近傍の総数である。

一実施形態によれば、口腔における状態及び遷移が明確に定義され得る。なお、これは、較正データを含むが、これに限定されない。図４を参照すると、一実施形態によれば、口のための状態が定義されている。口４００は、表１に記載された状態を有する上部歯４１０及び下部歯４２０を含む。遷移は、いずれかの状態から他の状態への移動である。以下により詳細に説明するように、幾つかの遷移は明瞭であり、他の遷移はあいまいである。さらに、幾つかの遷移が発生する可能性が高く、他の遷移が起こりにくい場合もあり、この情報は、オプションで分析のコンポーネントになり得る。

図５を参照すると、一実施形態によれば、口内の状態間の規定された遷移がある。口４００は、正又は負の平行移動（「Ｔ」）、及び／又は、正又は負の回転（「Ｒ」）として定義される遷移を有する上部歯４１０及び下部歯４２０を含む。一部の遷移は、１つのタイプの動き（Ｔ又はＲ）のみを含み、他の遷移は２つのタイプの動き（Ｔ及びＲ）を含む。

一実施形態によれば、遷移確率は表として視覚化することができ、一組の累積された角度変化などの観測信号は、可能な各遷移が真である確率を提供する。これは、完全に確率的に、及び／又は、一連のルールに基づいて行なうことができる。

確率論的方法
一実施形態によれば、完全確率的方法は、角度回転であるセンサデータの完全較正セットを必要とする。遷移検出後、状態推定のための上記の方法の１つによって、遷移の前後のセンサ回転を、可能性のある遷移ごとの較正された角度回転と比較し、図６に示されるような表を得る。例えば、ＬＬＯ（左下外側）からＬＬＩ（左下内側）、又は、その逆の方向で示される各状態遷移に対して、可能な遷移が真である確率Ｐ２が存在する。

ルールに基づく方法
一実施形態によれば、ルールに基づく方法は、各セグメント間の動きのタイプが分かっているシステムの事前知識に基づいている。図７に示されるように、表が、この場合左右の並進（Ｔ＋／−）、左右の回転（Ｒ＋／−）、及び／又は、１８０°の回転のような動きのタイプによって形成される。一実施形態によれば、較正セットは、各タイプの動きについての較正データ（例えば、角回転）のみを含むことができる。

遷移が検出されると、角回転シグネチャは、この例では最近傍アプローチを使用して既存のシグネチャと比較され、観察される各動きの確率を割り当てる。これらの正規化された確率は、動きが起こると予想される表内の対応する位置に割り当てられる。動きが予想されない全ての位置に確率の逆数が割り当てられる。一実施形態によれば、これにより、可能な動きごとに１つの完全な表が得られる。

例えば、正の回転Ｒ＋+が確実に０．６で観測された場合、Ｒ＋表内のＲ＋が発生する各要素は０．６となる。Ｒ＋が観測されないときに他の要素が真である可能性があるので、他の要素は全て（１−０．６）に割り当てられる。

一実施形態によれば、最終的な遷移確率分布を得るために、全ての表が要素ごとに掛け算される。動きが観測されない場合、各要素には同じ値（１／Ｎ）が割り当てられるため、表は最後の相対オッズに影響を与えない。一実施形態によれば、表現は個々の表である必要はない。ライブラリ、ルックアップテーブル、又は、その他の方法を使用して実行されてもよい。

上記の式１に戻って、或る状態にある確率Ｐ（ｓ）は、他の状態Ｐ（ｓ−１）で開始した全ての組み合わせによって与えられたオッズの和に等しく、遷移確率Ｐ（Ｔ）でその特定の場所に移動する。あいまいさを解決し、より良い推定値に達するために、較正データに基づく現在の状態確率Ｐ（ｓ_ｃａｌ）で推定値を再び掛け算する。

一実施形態によれば、あいまい性の解決には、原点情報Ｐ（ｓ−１）、遷移情報Ｐ（Ｔ）、及び、宛先情報Ｐ（ｓ_ｃａｌ）が必要である。これは、例えば、幾つかの位置については、口内で検出される状態が、少なくとも２つの異なる状態であり得るためである。例えば、遷移が発生するまでＵＬＯとＵＲＩとを区別できない場合がある。その場合でも、一部の遷移は区別できない。例えば、ＵＬＯからＵＬＩへの遷移、又は、ＵＬＩからＵＬＯへの遷移は、回転を含むが、少なくとも非対称性が導入されるまで、システムが正確な位置を決定することは困難であり得る。非対称性によって引き起こされる識別可能な遷移が起こるとすぐに、システムはあいまい性から解放される。典型的には、システムはあいまい性から解放されるだけでなく、以前はあいまいであった以前の状態を判定することができる。

図３の方法のオプションのステップ３５５において、一実施形態によれば、１又は複数の以前の状態判定が修正される。例えば、上記方法のステップ３５０において状態決定が判定され得るが、後続の遷移は、前の状態遷移が正しくないことを示すことができる。例えば、後続の遷移は、誤って決定された状態から不可能、又は、起こり得ない可能性があり、これは、レビュー及び／又は可能性な訂正のトリガとなり得る。システムは、誤って決定された状態を判定して訂正するために、１又は複数の以前の遷移を最新の遷移と共に利用することができる。

同様に、システムは、システムが一時的に状態又は遷移の追跡をロストした場合、又は、状態又は遷移を認識できない場合、現在の状態を決定し、及び／又は、以前の状態を修正することができる。例えば、システムは、以前のセンサ情報を用いて、仮定の状態Ｓ１にあり、次に、判断不可能な遷移Ｔ？を経て、新しい判断不可能な状態Ｓ？へ至ることを決定することができる。後続の既知の遷移Ｔ２は、決定された状態Ｓ３をもたらし、これは、以前の決定不能な遷移Ｔ？を経てＳ？へ至ったのが、状態Ｓ２への遷移Ｔ１であったことを意味する。得られた情報は、自己学習及び／又は較正データセットの精緻化又は他の定義のために利用することができる。

従って、図３の方法のステップ３６０において、システムは、或る状態から別の状態への口腔清掃装置の第２の遷移を検出する。例えば、動き識別器は、口の一方の側から他方の側への並進、口の内側から口の外側への回転、又は、並進及び回転の両方を検出することができる。動き識別器２８のジャイロスコープ、加速度計、磁力計、及び／又は、他のセンサは、コントローラ３０に情報を連続的又は定期的に送信し、その情報の変化は、これらに限定されるものではないが、移動、回転、及び／又は、他の動き又は遷移を含む遷移としてコントローラに解釈され得る。一実施形態によれば、コントローラは、較正データとの比較、予め決定された又は予めプログラムされたデータとの比較、及び／又は、他のデータに基づく遷移として動き識別器２８からの情報を解釈する。ステップ３４０，３５０，３６０は、ブラッシングセッションの全過程を通して繰り返されてもよい。

別の実施形態によれば、この方法は、口腔清掃装置の動きを追跡し、状態を決定するために、遷移データのみを利用する。例えば、口腔清掃装置が移動された状態又は現在位置付けられている状態を必然的に定義する遷移が検出された場合、遷移データのみが必要である。遷移が２つ以上の可能な状態を定義するシナリオでは、他のセンサデータに頼るか、前の状態及び／又は後の遷移を利用して前の状態を決定する必要があり得る。

この方法のステップ３７０において、システムは、ブラッシングセッションを評価するために、ブラッシングセッション中に得られた、状態決定又は上記のような遷移データのみを利用する。一実施形態によれば、システムは、ブラッシングセッションの間に得られた状態判定に関する情報を記憶して、現在又は将来のある時点で評価を作成又は実行する。別の実施形態によれば、システムは、ブラッシング時間、技法、又は、他の測定基準の改善、ならびに改善の欠如を含む、時間の経過とともにデータを蓄積するための複数のブラッシングセッションに関する情報を記憶する。

例えば、ブラッシングセッションの評価の１つの目標は、ユーザが各場所をブラッシングするのに費やす時間を追跡することである。総推奨ブラッシング時間が２分である場合、例えば、図４で識別された１２個の領域の各々は、およそ１０秒でブラッシングされるべきである。システムは、追跡された状態をタイマ、時計、又は、表と比較し、どの領域が適切にブラッシングされ、どの領域が適切にブラッシングされていないかを決定することができる。

一実施形態によれば、システムは、ブラッシングセッションのための他の評価基準を利用することができる。例えば、別のメトリックは、各領域内で移動される距離であってもよい。これは、例えば、較正セッション又は通常のブラッシングのいずれかから、抽出され得る顎のサイズの知識を必要とするであろう。別の指標は、単一の領域内の信号のスプレッドであってもよい。例えば、ユーザが１つの場所にのみブラシを維持している場合、スプレッドは非常に小さくなる。ユーザが１つの領域内を移動し、より完全にカバーすると、スプレッドが大きくなり、より広い較正曲線に一層適合するようになる。一実施形態によれば、システムは、多次元方式でブラッシングセッションを評価するために複数のメトリックを利用することができる。

この方法のオプションのステップ３７５において、システムは、ブラッシングセッションの間に誰がブラシを使用していたかを決定する。システムは、オプションとして、情報をユーザ及び／又はユーザアカウントと任意に関連付けることができる。例えば、一実施形態によれば、システムは、判定された状態の観察された順序を使用して、ブラッシングセッション中に誰がブラシを使用しているかを決定する。ブラッシングセッション中に、殆どのユーザが同一又は類似のパターンで歯を磨くことが合理的に想定される。従って、決定された順序又はパターンが特定のユーザ及び／又はユーザアカウントに関連付けられると、後続のブラッシングセッションが、格納された又は関連付けられた順序又はパターンに十分に近いかどうかが判定される。セッションが以前のセッションに十分に近いかどうかの判定は、例えば、閾値又は確率判定によって判定され得る。

この方法のステップ３８０において、ブラッシングセッションの評価が伝達され得る。例えば、システムは、どの領域が適切にブラッシングされ、どの領域が適切にブラッシングされていないかに関する情報をユーザに伝達することができる。これは、８又は１２のターゲット領域を有するディスプレイ及びどの領域が適切にブラッシングされたか、どの領域が適切にブラッシングされなかったか、及び／又は、その両方を示す視覚的インジケータなどのディスプレイを利用して実行され得る。一実施形態によれば、システムは、リアルタイムトラッキング及びローカライゼーションデータをユーザ又は遠隔システムに提供することができる。例えば、システムは、リアルタイムのトラッキング及びローカライゼーションデータを、有線又は無線ネットワーク接続を介してコンピュータに送信することができる。別の例として、システムは、有線又は無線ネットワーク接続を介して、記憶された追跡及び位置特定データをコンピュータに送信することができる。従って、システムは、単一のブラッシングセッション及び／又は複数のブラッシングセッションに関する情報を、歯科医又は歯科衛生士などの医療従事者に直接伝達することができる。

本明細書で定義され使用されている全ての定義は、辞書定義、参照により組み込まれた文献の定義、及び／又は、定義された用語の通常の意味を制御すると理解されるべきである。

本明細書及び特許請求の範囲において使用される単数形は、明確に反対の指示がない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。

本明細書及び特許請求の範囲において使用される語句"及び／又は"は、そのように結合された複数の要素の"いずれか又は両方"、即ち、或る幾つかの場合には接続的に存在し、他の場合には分離的に存在する複数の要素を意味すると理解されるべきである。"及び／又は"と共に記載されている複数の要素は、同じ様式で、即ち、そのように結合された複数の要素のうちの"一つ又はそれ以上"と解釈されるべきである。他の複数の要素は、任意的に、「及び／又は」節によって具体的に特定された複数の要素以外に存在してもよく、それら具体的に特定された複数の要素と関連していても関連していなくてもよい。

本明細書及び特許請求の範囲において使用される"又は"は、上述の"及び／又は"と同じ意味を有するものと理解されるべきである。例えば、あるリスト内の複数の項目を分離させた場合に、"又は"又は"及び／又は"は包括的である、即ち、１又は複数の要素のリストのうちの少なくとも一つ（ただし一つよりも多くも含む）を含み、そして任意的に、追加的なリストにない複数の項目を含むものと解釈されるものとする。明確に反対の指示をする用語、例えば"一つのみ"又は"厳密に一つの"又は特許請求の範囲において使用される場合の"から成る"のみが、数又は複数の要素のリストのうちの厳密に１の要素を含むことを参照することができる。概して、本明細書において使用される"又は"は、例えば"〜のいずれか"、"〜のうちの一方"、"〜の一つのみ"、又は、"厳密に一つの"を伴う場合にのみ、排他的な代替手段（即ち、"一方又は他方であり、両方ではない"）を示すと解釈されるものとする。

本明細書及び特許請求の範囲に用いられるように、１つ以上の要素を含むリストを参照した際の「少なくとも１つ」との表現は、要素のリストにおける任意の１つ以上の要素から選択された少なくとも１つの要素を意味すると理解すべきであるが、要素のリストに具体的に列挙された各要素の少なくとも１つを必ずしも含むわけではなく、要素のリストにおける要素の任意の組み合わせを排除するものではない。この定義は、「少なくとも１つの」との表現が指す要素のリストの中で具体的に特定された要素以外の要素が、それが具体的に特定された要素に関係していても関連していなくても、任意選択的に存在してもよいことを可能にする。

また、反対の意味で明確に示されなければ、２以上のステップ又は動作を含む請求項中の任意の方法において、方法のステップ又は動作の順序は、記載の方法のステップ又は動作の順序に必ずしも限定されない。

明細書と同様に、請求項中、「有する」、「含む」、「運ぶ」、「持つ」、「包含する」、「取り込む」、「保持する」、「構成される」などの移行句は、オープンエンドである、即ち、含むが、これらに限定されないものとして理解されるべきである。本明細書では多様な実施形態が記載及び図示されたが、当業者は、本明細書に説明される機能を実行するための、並びに／又は、本明細書に説明される結果、及び／若しくは、１つ以上の利点を得るための他の多様な手段及び／若しくは構造を容易に想像し、かかる変形例及び／又は改変例は、本明細書で説明される発明の実施形態の範囲内に含まれると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に説明される全てのパラメータ、寸法、材料、及び、構成の全ては例であり、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は、構成は、本発明の教示が使用される具体的な用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者は、通常の実験より多くを要することなく、本明細書に説明される本発明の具体的な実施形態の多数の均等物を認識又は確認することができるであろう。よって、上記の実施形態はあくまで例として提示され、本発明の実施形態は、特許請求の範囲及び均等物の範囲内において、具体的に説明及び請求されたものとは異なる態様又は方法で実施することができる。本開示の発明の実施形態は、本明細書に説明される個々の特徴、システム、物品、材料、キット（道具）、及び／又は、方法に向けられる。また、かかる特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は、方法が互いに矛盾しない場合、かかる特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は、方法のうちの２つ以上の任意の組み合わせは本開示の発明の範囲内に含まれる。

Claims (14)

1. ユーザの口における口腔清掃装置の位置特定のための方法であって、前記方法は、
   動き識別器を有する口腔清掃装置を供給するステップと、
   前記ユーザの口の中に前記口腔清掃装置を配置するステップと、
   前記動き識別器から受信されるセンサ情報に基づいて、前記ユーザの口の中で前記口腔清掃装置が第１の位置にある確率を推定するステップと、
   前記ユーザの口の中の第２の状態への完了した遷移に関する情報を前記動き識別器から受信するステップと、
   遷移確率を決定するために、前記完了した遷移を、前記ユーザの口の中の複数の可能性のある状態の各々の間で起こり得る遷移の規定のセットと比較するステップと、
   前記第１の位置の確率及び前記遷移確率を有する確率的グラフィカルモデルを用いて、前記第２の状態の位置の確率を決定するステップと、
   を有する、方法。
2. 前記第２の状態の位置の確率を決定するステップが、前記第１の位置の確率、前記遷移確率、及び、現在の状態の確率を有する確率的グラフィカルモデルを有する、請求項１記載の方法。
3. 前記口腔清掃装置のために較正データを供給するステップを更に有し、前記推定するステップが、前記動き識別器から受信されるセンサ情報と前記較正データとに基づく、請求項１記載の方法。
4. 前記確率的グラフィカルモデルが、隠れマルコフモデルである、請求項１記載の方法。
5. 前記第２の状態の位置の確率が、前記起こり得る遷移の規定のセット内の各遷移の確率に、前記ユーザの口内の複数の可能な状態の各々における前記口腔清掃装置の起点の確率を乗算することによって決定される、請求項１記載の方法。
6. 後続の遷移確率に基づいて、前の状態決定を修正するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
7. ブラッシングセッションの間の２以上の状態のパターンに基づいて前記ユーザのアイデンティティを決定するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
8. 前記状態決定を用いて前記ブラッシングセッションを評価得するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
9. 動き識別器と、
   前記動き識別器と通信するコントローラと、
   を有する、口腔清掃装置であって、
   前記コントローラは、（ｉ）前記動き識別器から受信されるセンサ情報に基づいて、前記ユーザの口の中で前記口腔清掃装置が第１の位置にある確率を推定し、（ｉｉ）前記ユーザの口の中の第２の状態への完了した遷移に関する情報を前記動き識別器から受信し、（ｉｉｉ）遷移確率を決定するために、前記完了した遷移を、前記ユーザの口の中の複数の可能性のある状態の各々の間で起こり得る遷移の規定のセットと比較し、（ｉｖ）前記第１の位置の確率及び前記遷移確率を有する確率的グラフィカルモデルを用いて、前記第２の状態の位置の確率を決定するように構成される、口腔清掃装置。
10. 前記コントローラが、前記状態決定を用いて、ブラッシングセッションを評価するように構成される、請求項９記載の口腔清掃装置。
11. 前記口腔清掃装置のための較正データを更に有し、前記コントローラが、前記較正データに少なくとも部分的に基づいて、前記第１の位置の確率を推定するように構成される、請求項９記載の口腔清掃装置。
12. 通信モジュールを更に有し、前記口腔清掃装置が、前記通信モジュールを介して、ユーザの口内における前記口腔清掃装置の１又は複数の完了した遷移についての前記動き識別器からのセンサデータを送信するように構成された、請求項９記載の口腔清掃装置と、
    前記口腔清掃装置と通信するとともに、プロセッサを有する装置であって、前記プロセッサは、（ｉ）前記動き識別器から受信されるセンサ情報に基づいて、前記ユーザの口の中で前記口腔清掃装置が第１の位置にある確率を推定し、（ｉｉ）前記ユーザの口の中の第２の状態への完了した遷移に関する情報を前記動き識別器から受信し、（ｉｉｉ）遷移確率を決定するために、前記完了した遷移を、前記ユーザの口の中の複数の可能性のある状態の各々の間で起こり得る遷移の規定のセットと比較し、（ｉｖ）前記第１の位置の確率及び前記遷移確率を有する確率的グラフィカルモデルを用いて、前記第２の状態の位置の確率を決定するように構成される、前記装置と、
    を有する、口腔清掃システム。
13. 前記プロセッサが、前記状態決定を用いて、ブラッシングセッションを評価するように構成される、請求項１２記載の口腔清掃システム。
14. 前記第２の状態の位置の確率が、前記起こり得る遷移の規定のセット内の各遷移の確率に、前記ユーザの口内の複数の可能な状態の各々における前記口腔清掃装置の起点の確率を乗算することによって決定される、請求項１２記載の口腔清掃システム。

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