DE3716490A1

DE3716490A1 - Method and device for determining the brushing force during cleaning of the teeth

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Publication number: DE3716490A1
Application number: DE19873716490
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Prof Dr Mierau; Wolfgang Voelk
Original assignee: MIERAU HANS DIETER; VOELK WOLFGANG DIPL PSYCH
Current assignee: MIERAU HANS DIETER; VOELK WOLFGANG DIPL PSYCH
Priority date: 1987-05-16
Filing date: 1987-05-16
Publication date: 1988-11-24

Abstract

Investigations of teeth-cleaning habits have revealed that damage to the gums, bones of the periodontium and the hard tooth structure increases with increasing awareness of oral hygiene because of excessively strong brushing. Therefore, the invention proposes a method and a device for determining the brushing force during cleaning of the teeth which permit, on the one hand, accurate recording and, on the other hand, evaluation of the contact forces occurring during cleaning of the teeth in a manner suitable for dental practice. At the same time, the brushing force is measured by two wire strain gauges (10, 11) which rest against the brush handle (3), are loaded independently of one another by resiliently bending the brush handle (3) and are connected to an electronic evaluation unit to which deflection forces occurring during cleaning of the teeth respond independently of one another and are evaluated by the evaluating unit as a function of the direction of the force. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Bürstkraft beim Zähneputzen nach dem Oberbegriff des An spruches 1 und eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.The invention relates to a method for determining the Brushing power when brushing teeth according to the generic term of the An award 1 and a device for performing this Procedure.

Untersuchungen der Gewohnheiten beim Zähneputzen haben ge zeigt, daß mit der erfreulichen Zunahme des Mundhygienebe wußtseins in zunehmendem Maße leider auch Schäden am Zahn fleisch, am Knochen des Zahnhalteapparates, an den Zahn hartsubstanzen und selbst an zahnärztlichen Restaurationen auftreten, die in erster Linie auf ein - wenn auch gut gemeintes - zu kraftintensives Bürsten zurückzuführen sind. Dies beruht darauf, daß durch 2 N übersteigende Kraftübertragungen mittels Bürste über das Zahnfleisch (Gingiva) auf den im allgemeinen ohnehin äußerst dünnen Knochen des Zahnhalteapparates (limbaler Alveolarknochen) letzterer resorbiert wird. Das Zahnfleisch atrophiert nach dem Verlust seiner knöchernen Unterlage, und der vom Patienten wie vom Zahnarzt gefürchtete freiliegende Zahnhals vom Typ der Gingivarezession ist entstanden. Durch zu kraftintensive Bürstmaßnahmen werden auch Stich verletzungen durch Zahnbürstenborsten im Zahnfleisch (akute Bürstläsionen), Spaltbildungen im Zahnfleisch (Stillman-Spalten) und keilförmige Substanzverluste im kronennahen Wurzelbereich des Zahnes (keilförmige Defekte) hervorgerufen. Durch den heute üblichen, ansteigenden Genuß saurer Speisen und Getränke mit nachfolgenden Bürstmaßnahmen kann die Verlustquote an Zahnsubstanz (Erosionen) noch erhöht werden. Hinzu kommt, daß die Re produzierbarkeit des individuellen Zähnebürstens hinsicht lich der Kraftanwendung, der Vorgehensweise beim Zähne bürsten (einschließlich des motorischen Bewegungsmusters) und der Bürstdauer unerwartet hoch ist. Wichtig ist dabei auch die Tatsache, daß die in der zahnärztlichen Praxis durchgeführten Bürstmaßnahmen mit den zu Hause angewandten im wesentlichen identisch sind.Studies of brushing habits have been successful shows that with the pleasing increase in oral hygiene to an increasing extent unfortunately also damage to the tooth meat, on the bone of the tooth support, on the tooth hard substances and even on dental restorations occur primarily on one - albeit well meant - attributed to too intensive brushing are. This is due to the fact that exceeding 2 N Power transmission with a brush over the gums (Gingiva) on the generally very thin anyway Bones of the tooth support system (limbal alveolar bone) the latter is absorbed. The gums re-atrophy the loss of his bony support, and that of Patients like exposed ones feared by the dentist Gingival recession tooth neck has emerged. Brushing measures that are too forceful can also cause punctures Injuries from toothbrush bristles in the gums (acute brush lesions), gaps in the gums (Stillman columns) and wedge-shaped substance losses in the Root area of the tooth near the crown (wedge-shaped defects) evoked. Due to the increasing today Enjoy acidic foods and drinks with subsequent ones Brushing can reduce the loss rate of tooth substance (Erosions) can still be increased. In addition, the Re producibility of the individual toothbrush Lich the application of force, the procedure for teeth brushing (including the motor movement pattern) and the brushing time is unexpectedly long. It is important also the fact that in dental practice carried out brushing with the applied at home are essentially identical.

Bei den Untersuchungen hat es sich auch gezeigt, daß der Hauptfaktor für die Entstehung von Gingivarezessionen (bürstkraftbedingter freiliegender Zahnhals) nicht die Bürstzeit, sondern zweifelsfrei die Bürstkraft ist, die mittels Zahnbürste über das Zahnfleisch auf den Knochen des Zahnhalteapparates übertragen wird und letzteren zur Resorption veranlaßt. Die Bürstzeit ist dagegen als Kofak tor von zweitrangiger Bedeutung; sie kann sich zwar auf die Plaqueentfernung auswirken, korreliert jedoch mit der Genese der Bürsttraumen nur insofern, als innerhalb der Bürstzeit Kräfte über 2 N auf die Gingiva übertragen wer den.The investigations have also shown that the Main factor in the development of gingival recessions (exposed tooth neck due to brushing force) not that Brushing time, but is undoubtedly the brushing force that with a toothbrush over the gums on the bones the tooth retention apparatus is transmitted and the latter for Absorption. The brushing time, however, is as kofak gate of secondary importance; she can on affect plaque removal, but correlates with that Genesis of the brush dreams only insofar as within the Brush time forces over 2 N are transferred to the gingiva the.

Die ständige Zunahme der genannten Folgen akuter und chronischer Bürsttraumen lassen ein Gerät für die zahn ärztliche Praxis als dringend notwendig erscheinen, das dem Patienten beweist und ihn davon überzeugt, daß er zu kraftintensive Bürstmaßnahmen durchführt, und mit dem er nach entsprechender Motivation und Instruktion zu und in rezessionsorientierter Mundhygiene kontrolliert werden kann. The constant increase in the consequences of acute and Chronic brush dreams leave a device for the tooth medical practice appear to be urgently needed proves to the patient and convinces him that he is too carries out power-intensive brushing measures, and with which he according to appropriate motivation and instructions to and in recession-oriented oral hygiene should be checked can.

Aus der DE-PS 31 17 160 ist bereits eine Elektrozahnbürste bekannt, die dem Benutzer eine Kontrolle der Zahnputzzeit gestatten soll. Dies geschieht dadurch, daß die Zahnbürste mit einem die Zahnputzdauer überwachenden Zeitgeber, der bei Handhabung der Zahnbürste in Betrieb gesetzt wird, und einem Anzeigeelement ausgestattet ist, wobei der Zeit geber, von einer Belastungsmeßeinrichtung gesteuert, nur in derjenigen Betriebszeit laufen soll, in der eine vorge gebene Belastung auf das Borstenteil ausgeübt wird und nach Ablauf einer voreingestellten Mindestbetriebszeit der Zeitgeber ein Signal erzeugt.From DE-PS 31 17 160 is an electric toothbrush known to the user a control of the tooth brushing time should allow. This happens because the toothbrush with a timer that monitors the brushing time, the is put into operation when handling the toothbrush, and is equipped with a display element, the time encoder, controlled by a load measuring device, only should run in the operating time in which a pre given load is exerted on the bristle part and after a preset minimum operating time of Timer generates a signal.

Die Einhaltung des optimalen Anpreßdrucks während der Be nutzung der Zahnbürste durch das Anzeigen von Abweichungen nach unten und nach oben von einem gespeicherten Soll- Druckwert mittels eines Signalgebers ist bei dieser be kannten Zahnbürste nicht möglich.Adherence to the optimal contact pressure during loading use of the toothbrush by displaying deviations down and up from a stored target Pressure value by means of a signal transmitter is in this case knew toothbrush not possible.

In der DE-PS 31 17 160 findet sich zwar der Hinweis (Spal te 3, Zeilen 1 bis 6), daß andere Möglichkeiten der Bela stungsmessung darin bestehen, die Durchbiegung des Stieles der Zahnbürste zu messen oder auch die Stromaufnahme des Motors des Schwingantriebes. Diese beiden Größen sind zwar ebenfalls abhängig von dem auf das Borstenteil der Zahn bürste einwirkenden Druck, doch kann beim Zähneputzen nicht immer vorausgesetzt werden, daß die Bürste lotrecht auf den Zahn bzw. die Gingiva aufgesetzt wird. Bestimmte Bürstmethoden schreiben sogar ein leichtes Abwinkeln der Bürste vor. In diesem Falle würde ein einziger Dehnungs meßstreifen, der nur die lotrechte Kraftkomponente erfaßt, die tatsächlich in Richtung Bürstlokalisation wirkende Kraft unterschätzen. In DE-PS 31 17 160 there is a reference (Spal te 3, lines 1 to 6) that other possibilities of Bela Stage measurement consist in the deflection of the stem to measure the toothbrush or even the power consumption of the Vibrating drive motor. These two sizes are true also depending on the tooth on the bristle part brush applied pressure, but can brush your teeth not always be assumed that the brush is vertical is placed on the tooth or gingiva. Certain Brushing methods even write a slight angling of the Brush in front. In this case, a single stretch measuring strip that only detects the vertical force component, the one that actually works in the direction of the brush location Underestimate strength.

Im Verlaufe einer Bürstsitzung entstehen, vor allem beim Bürsten im hinteren Seitenzahnbereich, außerdem zwangsläu fig Kräfte, die von der Rückseite des Bürstkopfes her wirken. Da diese Kräfte keinerlei Einfluß auf Zahn oder Gingiva haben, dürfen auch sie nicht in die Auswertung eingehen.In the course of a brushing session, especially when Brushing in the posterior posterior area, also inevitably fig forces from the back of the brush head Act. Because these forces have no effect on tooth or Gingiva should not be included in the evaluation come in.

Aus der DE-PS 34 14 623 ist weiterhin eine Zahnbürste mit manueller oder elektrischer Betätigung bekannt, die mit einer Vorrichtung zur optischen oder akustischen Anzeige der Einhaltung des in einem Mikroprozessor eingegebenen optimalen Anpreßdruckes während des Zähneputzens versehen ist.From DE-PS 34 14 623 is also a toothbrush manual or electrical actuation known with a device for visual or acoustic display compliance with that entered in a microprocessor Optimal contact pressure during brushing is.

Nur wenn es sich um eine manuelle Zahnbürste handelt, er folgt die Druckmessung durch Dehnungsmeßstreifen, die mit einem Mikroprozessor gekoppelt sind.Only if it is a manual toothbrush, he follows the pressure measurement by means of strain gauges with are coupled to a microprocessor.

Handelt es sich um eine elektrisch angetriebene Zahnbür ste, so ist am Achsenlager des Bürstenschaftes ein Druck aufnehmer angebracht, der den an der Aufsteckbürste wäh rend des Zähneputzens wirksamen Anpreßdruck aufnimmt und der mit dem Mikroprozessor verbunden ist, in dem ein Soll- Druckwert gespeichert ist, der mit dem an der Bürste wirksamen Ist-Druckwert verglichen wird, wobei der Mikro prozessor mit einem Signalgeber so gekoppelt ist, daß beim Über- oder Unterschreiten des eingespeicherten Soll-An preßdruckes ein vom Benutzer wahrnehmbares Signal ausge löst wird.It is an electrically powered toothbrush ste, there is a pressure on the axis bearing of the brush shaft sensor attached, which selects that on the brush head takes up effective contact pressure while brushing your teeth and which is connected to the microprocessor in which a target Pressure value is saved, that with that on the brush effective actual pressure value is compared, the micro processor is coupled to a signal generator so that when Exceeding or falling below the stored target value Preßdruckes a signal perceptible by the user is resolved.

Derartige mit Druckmeßeinrichtungen ausgestatte Zahnbür sten geben zwar dem Benutzer Hinweise darauf, ob er seine Zähne mit einem adäquaten oder einem zu hohen Anpreßdruck putzt, doch erlauben solche Zahnbürsten keine genauen nachprüfbaren und wiederholbaren Messungen und Auswertun gen der beim Zähneputzen am Bürstenkopf auftretenden Andruckkräfte.Such toothbrush equipped with pressure measuring devices Although they give the user an indication of whether he is using his Teeth with adequate or too high contact pressure cleans, but such toothbrushes do not allow precise verifiable and repeatable measurements and evaluations against those that occur on the brush head when brushing teeth Pressure forces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Bürstkraft beim Zähneputzen zu schaffen, die einerseits eine genaue Auf nahme und andererseits auch eine Auswertung der beim Zähneputzen auftretenden Andruckkräfte in einer für die zähnärztliche Praxis geeigneten Weise ermöglichen.The invention has for its object a method and a device for determining the brushing force when Brush your teeth to create an accurate on the one hand took and on the other hand an evaluation of the Brushing force occurring in one for the enable suitable dental practice.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Oberbe griff des Anspruches 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Messung der Bürstkraft durch zwei am Bürstenschaft anliegende, durch eine federnd elastische Ausbiegung des Bürstenschaftes unabhängig voneinander beaufschlagte Dehnungsmeßstreifen erfolgt, die mit der elektronischen Auswertevorrichtung verbunden sind, auf die beim Zähneput zen auftretenden Auslenkkräfte unabhängig voneinander ansprechen und von der Auswertevorrichtung in Abhängigkeit von der Kraftrichtung ausgewertet werden.This task is accomplished with a procedure according to the Oberbe handle of claim 1 according to the invention solved in that measuring the brushing force by two on the brush shaft adjacent, by a resilient bending of the Brush shaft acted independently of each other Strain gauges are made using the electronic Evaluation device are connected to which during tooth placement zen occurring deflection forces independently respond and depending on the evaluation device be evaluated by the direction of force.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens ist in den Ansprüchen 2 bis 15 gekennzeichnet.An inventive device for performing this Process is characterized in claims 2 to 15.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfüllt bei Anwendung ins besondere in der zahnärztlichen Praxis zweierlei Funktio nen:The method according to the invention, when used in Especially in the dental practice two functions NEN:

Es gibt dem Zahnarzt in der Praxis Auskunft darüber, mit welchem Kraftaufwand der Patient zu Hause das Zähnebürsten vornimmt (Diagnose). Da einerseits die akuten und chro nischen Bürsttraumen nahezu ausschließlich vestibulär auf treten und deshalb nur diese Bereiche in Betracht kommen, andererseits der Patient ungestört und wie gewohnt das Zähneputzen durchführen kann, schafft die Vorrichtung die Möglichkeit, hinsichtlich der gewünschten Lokalisation zu selektieren, indem die Aufnahme von Meßwerten bei irrele vanten Bürstlokalisationen gestoppt werden kann.In practice it gives the dentist information about with how much effort the patient has to brush his teeth at home carries out (diagnosis). Because on the one hand the acute and chro African brush dreams almost exclusively vestibular occur and therefore only these areas come into consideration, on the other hand the patient undisturbed and as usual Can brush teeth, the device creates the Possibility of regarding the desired location select by taking measurements at irrele vanten brush locations can be stopped.

Für den Fall der Feststellung einer überhöhten Bürstkraft kann das Gerät dem betreffenden Patienten beim Training zu einem kraftreduzierten Zähnebürsten helfen (Therapie). Dies geschieht mit Hilfe einer mehrstufigen Leuchtanzeige, die vorzugsweise in drei Bereiche unterteilt sein kann: rot (gefährlicher Bereich), gelb (Vorsicht! Bereich, in dem bereits Schäden auftreten können) und grün (sicherer Bereich). Bei diesem Anwendungsfall kann das Gerät auf permanente Meßwerterfassung umgeschaltet werden.In the event of detection of excessive brushing force can the device to the patient concerned during training help a reduced-power toothbrush (therapy). This is done with the help of a multi-stage light display, which can preferably be divided into three areas: red (dangerous area), yellow (caution! area, in which may already be damaged) and green (safer Area). In this application, the device can be opened permanent measured value acquisition can be switched.

Der Rückschluß von den in der zahnärztlichen Praxis gemes senen Werten auf die häuslichen Mundhygienemaßnahmen des Patienten ist nur glaubwürdig, wenn der Patient bei der Durchführung dieser Maßnahmen nicht mit einer ihm völlig ungewohnten Bürste konfrontiert wird. Dem wird durch eine Konstruktion Rechnung getragen, die in ihrer Gestalt von handelsüblichen Zahnbürsten nicht allzusehr abweicht. Damit sind den Abmessungen der Bürste Grenzen gesetzt. Dem hygienischen Standard der zahnärztlichen Praxis wird durch eine weitgehend gekapselte Ausführung und einen auswechsel baren Bürstkopf genügt.The conclusion from those measured in dental practice values on the oral hygiene measures of the Patients are only credible if the patient is at the Do not take these measures completely with him unusual brush is faced. That is through a Construction taken into account in its shape by commercial toothbrushes do not deviate too much. This limits the dimensions of the brush. The hygienic standard of dental practice is set by a largely encapsulated version and a replacement bare brush head is sufficient.

Wesentlich für die Erfassung der Bürstmaßnahmen sind der Mittelwert und das Maximum der Bürstkraft. Letzteres ist als Korrekturwert für den Mittelwert anzusehen und kann verhindern, daß eine Bürstmaßnahme aufgrund eines nicht allzu stark überhöht scheinenden Mittelwertes fälschlich als harmlos eingestuft wird. The are essential for recording the brushing measures Average and maximum brushing power. The latter is and can be seen as a correction value for the mean prevent a brushing action because of a not too high excessive seemingly wrong mean is classified as harmless.

Da verschiedene Patienten auch verschiedene Bürstmethoden anwenden, die statistische Verteilung der Meßwerte aber bei bestimmten Bürstmethoden nicht der Gauß′schen Normal verteilung entspricht, ist bei der rechnerischen Auswer tung der Daten als Maß für die zentrale Tendenz der Median bzw. Zentralwert dem arithmetischen Mittel vorzuziehen.Because different patients also have different brushing methods apply, but the statistical distribution of the measured values not the Gaussian standard for certain brushing methods distribution corresponds to the computational evaluation data as a measure of the central trend of the median or central value over the arithmetic mean.

Dieses Diagnose- und Kontrollgerät eröffnet somit für die orale Präventivmedizin völlig neue Möglichkeiten und kommt der ständig wachsenden Forderung nach Prophylaxe sowie ihrer professionellen Überprüfung optimal nach. Es füllt eine Bedarfslücke, da es eine objektive Bewertung der Mitarbeit des Patienten, auch ohne sozioökonomische Unterschiede, erlaubt. Es wird auch deshalb für das Praxisteam von besonderem Nutzen sein, weil mit ihm eine sinnvolle Tätigkeit für die sich um Eigenständigkeit bemühende Zahnarzthelferin, insbesondere zahnmedizinische Fachhelferin, verbunden ist.This diagnostic and control device thus opens up for the Oral preventive medicine completely new opportunities and is coming the ever growing demand for prophylaxis as well your professional review optimally. It fills up a need gap as there is an objective assessment of the Participation of the patient, even without socio-economic Differences, allowed. It is therefore also for that Practice team can be of particular benefit because with it a meaningful activity for those looking for independence trying dental assistant, especially dental Specialist assistant.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigenPreferred embodiments of an inventive Device are shown schematically in the drawing. Show it

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Bürstvorrich tung mit einem aufsteckbaren Bürstenkopf in Seitenansicht, Fig. 1 shows a first embodiment of a Bürstvorrich tung with an attachable brush head in side view,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Bürstvorrich tung von Fig. 1 bei abgenommenem Bürstenkopf, Fig. 2 is a perspective view of the Bürstvorrich processing of Fig. 1 with removed brush head,

Fig. 3 einen gegenüber Fig. 1 und 2 vergrößerten Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Schnittlinie III - III von Fig. 1, Fig. 3 is an opposite Figures 1 and 2 enlarged section through the device along section line III - III. Of Figure 1.

Fig. 4 eine Schemadarstellung der Arbeits- und Empfind lichkeitsbereiche einer solchen Vorrichtung, Fig. 4 is a schematic representation of the working and SENS lichkeitsbereiche of such a device,

Fig. 5 eine raumbildliche Darstellung einer Auswerte vorrichtung in Verbindung mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 bis 3, Fig. 5 is a perspective depiction of an evaluation device in conjunction with a device according to Fig. 1 to 3,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Auswertevorrichtung von Fig. 5, Fig. 6 is a plan view of the evaluation device of Fig. 5,

Fig. 7 ein Blockschaltbild zu der Auswertevorrichtung von Fig. 5 und 6 in Verbindung mit der Vorrich tung von Fig. 1 bis 3, Fig. 7 is a block diagram relating to the evaluation of Fig. 5 and 6 in connection with the Vorrich processing of Fig. 1 to 3,

Fig. 8a bis 8d verschiedene Belastungen der Dehnungsmeßstreifen beim Gebrauch der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 3, FIG. 8a to 8d different strains of the strain gauges in use of the device according to Fig. 1 to 3,

Fig. 9 einen Schnitt gemäß Schnittlinie III - III von Fig. 1 durch eine gegenüber der ersten Ausfüh rungsform abgewandelte zweite Ausführungsform einer solchen Vorrichtung,9 shows a section according to section line III -.. III of Figure 1, by a relative to the first exporting approximate shape modified second embodiment of such a device

Fig. 10 eine Teildraufsicht auf diese Vorrichtung in Richtung des Pfeiles X von Fig. 9, Fig. 10 is a partial plan view of this device in the direction of arrow X of Fig. 9,

Fig. 11a bis 11d verschiedene Belastungen der Dehnungsmeßstreifen beim Gebrauch dieser Vorrichtung, FIG. 11a to 11d different strains of the strain gauges in the use of this device,

Fig. 12 eine noch weiter abgewandelte dritte Ausführungs form einer solchen Vorrichtung und Fig. 12 shows a further modified third embodiment form of such a device and

Fig. 13 ein rein schematisches Schaubild der Richtungs empfindlichkeit der vorstehend aufgeführten er findungsgemäßen Vorrichtungen. Fig. 13 is a purely schematic diagram of the directional sensitivity of the above he inventive devices.

Die Vorrichtung besteht aus zwei Teilen, dem Bürstenteil 1 und dem Apparateteil 2.The device consists of two parts, the brush part 1 and the apparatus part 2 .

Der in Fig. 1 bis 3 gezeigte Bürstenteil 1 hat einen fe derelastischen Bürstenschaft 3, auf dessen vorderes Ende ein Bürstenkopf 4 aufgesteckt werden kann. Der Bürsten schaft 3 ist an seinem von dem Bürstenkopf 4 abgewandten rückwärtigen Ende 5 mit einem im Querschnitt U-förmigen Träger 6 fest verbunden und an einem zwischen Bürstenkopf 4 und Befestigungsstelle liegenden Abschnitt durch zwei von dem Träger in einem Winkel 7 von jeweils 45° dachför mig gegeneinander gerichtete federnde Halter 8, 9 mit Dehnungsmeßstreifen 10, 11 entgegen den beim Zähneputzen auftretenden Auslenkkräften seitlich abgestützt.The brush part 1 shown in Fig. 1 to 3 has a fe derelastic brush shaft 3 , on the front end of which a brush head 4 can be attached. The brush shaft 3 is fixedly connected at its rear end 5 facing away from the brush head 4 with a cross-sectionally U-shaped carrier 6 and at a section lying between the brush head 4 and the fastening point by two of the carrier at an angle 7 of 45 ° each mig mutually directed resilient holder 8 , 9 with strain gauges 10 , 11 laterally supported against the deflection forces occurring when brushing teeth.

Der Bürstenschaft 3 besteht aus Federstahl oder aus einem Kunststoff mit entsprechenden Eigenschaften und ist an zwei von dem Träger 6 aufragenden Befestigungsblöcken 12, 13 verdrehungssicher eingespannt. Er hat einen runden oder rechteckigen Querschnitt.The brush shaft 3 is made of spring steel or of a plastic with corresponding properties and is clamped against rotation on two mounting blocks 12 , 13 projecting from the carrier 6 . It has a round or rectangular cross section.

Etwa in der Mitte des beweglichen vorderen Teils des Bür stenschaftes 3 ist in einem ausreichenden Abstand von den Befestigungsblöcken 12, 13 ein konzentrischer Stützring 14 an dem Bürstenschaft 3 befestigt, der auf einem dünnen Metallplättchen als Gegenlager 15 an dem U-förmigen Träger 6 so aufliegt, daß der Bürstenschaft 3 etwas unter Span nung steht. Damit ist eine stabile Ruhelage gewährleistet. Approximately in the middle of the movable front part of the brush shaft 3 is at a sufficient distance from the mounting blocks 12 , 13, a concentric support ring 14 attached to the brush shaft 3 , which rests on a thin metal plate as a counter bearing 15 on the U-shaped carrier 6 that the brush shaft 3 is slightly under tension. This ensures a stable rest position.

Die Halter 8, 9 mit den beiden Dehnungsmeßstreifen 10, 11 bestehen aus am Träger 6 beiderseits des Bürstenschaftes 3 befestigten Federstahlzungen oder -plättchen, die vom Boden des Trägers 3 aus in einem Winkel 7 von vorzugsweise 45° gegeneinandergerichtet sind und mit geringer Feder kraft gegen den Umfang des Bürstenschaftes 3 bzw. des Stützringes 14 drücken. Die Ebenen der auf den Federstahl zungen oder -plättchen befestigten Dehnungsmeßstreifen 10, 11 stehen also in einem rechten Winkel 16 zueinander. Bei entsprechender Stabilität des Bürstenschaftes 3 ergibt sich auch bei großem Kraftaufwand nur eine äußerst geringe Auslenkung, so daß von einer linearen Beziehung zwischen Kraftaufwand und Dehnung ausgegangen werden kann. Bei einem größeren Schaftdurchmesser kann der Stützring 14 unter Umständen völlig entfallen. Das vordere, den U-förmigen Träger 6 überragende Ende 3 a des Bürstenschaf tes 3 kann so bearbeitet sein, daß handelsübliche Ersatz bürstköpfe für Elektrozahnbürsten Verwendung finden können. Am anderen Ende des Trägers 6, anschließend an den hinteren Befestigungsblock 13 ist Platz gelassen für die Sicherung des Übertragungskabels 17. Der Träger 6 kann komplett in einem Gehäuse aus Kunststoff oder Metall befestigt werden, das in seinen Abmessungen die Maße einer normalen Zahnbürste nicht wesentlich übertrifft. Dabei kann eine über den bürstkopfnahen Bereich des Bürstenschaf tes 3 gestülpte Manschette ein Eindringen von Feuchtig keit, wie Speichel, ins Gehäuseinnere verhindern. Das andere Ende des Gehäuses kann mit einem das Übertragungs kabel 17 umlenkenden Bügel 18 abschließen, der verhindert, daß das Kabel lotrecht aus dem Gehäuseende herausragt, womit ein wirkungsvoller Knickschutz gegeben ist, vor allem bei Patienten, die das Ende des Bürstenstiels in der Handinnenfläche zur Auflage bringen. The holder 8 , 9 with the two strain gauges 10 , 11 consist of spring steel tongues or plates attached to the carrier 6 on both sides of the brush shaft 3 , which are directed towards one another from the bottom of the carrier 3 at an angle 7 of preferably 45 ° and with a small spring force against press the circumference of the brush shaft 3 or the support ring 14 . The levels of the spring steel tongues or plates attached strain gauges 10 , 11 are therefore at a right angle 16 to each other. With appropriate stability of the brush shaft 3 , there is only an extremely small deflection even with great effort, so that a linear relationship between effort and stretch can be assumed. In the case of a larger shaft diameter, the support ring 14 can possibly be dispensed with entirely. The front, the U-shaped carrier 6 projecting end 3 a of the Bürstenschaf tes 3 can be edited so that commercially available replacement brush heads for electric toothbrushes can be used. At the other end of the carrier 6 , subsequent to the rear mounting block 13 , space is left for securing the transmission cable 17th The carrier 6 can be completely fastened in a housing made of plastic or metal, the dimensions of which do not significantly exceed the dimensions of a normal toothbrush. A sleeve placed over the area near the brush head of the brush shaft 3 can prevent penetration of moisture, such as saliva, into the interior of the housing. The other end of the housing can end with a transmission cable 17 deflecting bracket 18 , which prevents the cable from protruding perpendicularly from the end of the housing, which provides effective kink protection, especially in patients who have the end of the brush handle in the palm of the hand Bring overlay.

Der in Fig. 5 bis 7 schematisch dargestellte Apparateteil 2 bzw. die Auswertevorrichtung für die von den Dehnungs meßstreifen 10, 11 der Bürstvorrichtung kommenden Meßwerte hat eine Eingangsstufe, die aus zwei Meßbrücken 20, 21 besteht, die von den im Bürstenstiel befindlichen Dehnungs meßstreifen 10, 11 und internen Widerständen im Apparate teil gebildet und von einer hochkonstanten und störspan nungsarmen Niedervolt-Spannungsquelle gespeist werden. Die nachfolgenden Stufen sind Meßwertverstärker 22, 23, Analog/Digitalwandler 24, 25 und eine Mikroprozessorschal tung 26, an die ein Bedienungsfeld 27, ein LCD-Display 28 und eine Schnittstelle 29 angeschlossen sind. Der gesamte Ablauf einer Bürstsitzung sowie die Auswertung der Meß daten wird von einem Programm gesteuert, das in einem auf einer Prozessorplatine befindlichen ROM-Speicher enthalten ist. Dieses Programm zeigt nach dem Einschalten des Appa rateteils 2 zunächst über eine Leuchtdiode 30 die Bereit schaft zur Kalibrierung der Dehnungsmeßstreifen 10, 11 an. Dies kann auch noch kombiniert werden mit einem nicht gezeigten Schalter, der nur schließt, wenn der Bürsten stiel 31 in eine Halterung 32 an einer Seitenwand des Gehäuses 33 gesteckt oder geklemmt wird, die für den Moment der Kalibrierung einen unbelasteten Zustand der Bürste sichert. Nach Betätigung einer Taste werden die Kalibrierungswerte beider Dehnungsmeßstreifen 10, 11 eingelesen und im Arbeitsspeicher (RAM) des Computers abgelegt.The apparatus part 2 shown schematically in FIGS. 5 to 7 and the evaluation device for the measured values coming from the strain gauges 10 , 11 of the brushing device has an input stage which consists of two measuring bridges 20 , 21 which are of the strain gauges located in the brush handle 10 , 11 and internal resistors in the apparatus are partially formed and fed by a highly constant and low-voltage low-voltage voltage source. The subsequent stages are measurement amplifiers 22 , 23 , analog / digital converter 24 , 25 and a microprocessor circuit 26 , to which an operating panel 27 , an LCD display 28 and an interface 29 are connected. The entire sequence of a brushing session and the evaluation of the measurement data is controlled by a program which is contained in a ROM memory located on a processor board. After switching on the device part 2 , this program first shows the readiness for calibration of the strain gauges 10 , 11 via an LED 30 . This can also be combined with a switch, not shown, which closes only when the brush handle 31 is inserted or clamped in a holder 32 on a side wall of the housing 33 , which ensures an unloaded state of the brush for the moment of calibration. After pressing a key, the calibration values of both strain gauges 10 , 11 are read in and stored in the main memory (RAM) of the computer.

Danach ist das Gerät bereit zur Aufnahme von Meßwerten. Je nach Funktionsart des Gerätes gestaltet sich der weitere Ablauf. Wird die Funktion "Diagnose" gewählt, so muß die Meßwertaufnahme über eine spezielle Taste 34 ausgelöst werden, mit der die Selektion bezüglich relevanter Bürst lokalisationen gesteuert wird, und zwar findet eine Meßwertaufnahme nur so lange statt, wie die Taste gehalten wird. Geht der Patient zum Bürsten von Lokalisationen über, die für die zu untersuchenden Krankheitsbilder irrelevant sind, so wird die Meßwertaufnahme durch Loslas sen der Taste momentan gestoppt und bei erneutem Drücken der Taste wieder fortgesetzt. Zur Kontrolle zeigt eine Leuchtdiode 35 die Aufnahme von Daten an. Beendet der Patient das Zähnebürsten, so wird über eine weitere Taste 35 a die Meßwertaufnahme beendet und der Beginn der Auswer tung herbeigeführt, deren Resultat dann über LED- oder LCD-Display 28 angezeigt wird. Ferner kann eine Schnitt stelle 29 vorgesehen werden, die es erlaubt, die Daten der Bürstsitzung zur weiteren Verarbeitung auf einen anderen Computer, ein Speichermedium oder einen Drucker zu über tragen. Im Funktionsmodus "Therapie" entfällt die Datense lektion, die Aufnahme von Daten wird dann ohne Unterbre chung bis zum Ende des Bürstvorganges fortgesetzt.The device is then ready to record measured values. Depending on the type of function of the device, the further process is designed. If the function "diagnosis" is selected, the measured value recording must be triggered via a special key 34 , with which the selection with regard to relevant brush localizations is controlled, and a measured value recording only takes place as long as the key is held. If the patient goes over to the brushing of locations that are irrelevant for the clinical pictures to be examined, the measured value recording is momentarily stopped by releasing the key and continued when the key is pressed again. As a check, a light-emitting diode 35 indicates the recording of data. If the patient finishes brushing the teeth, the measured value recording is ended via a further key 35 a and the beginning of the evaluation is brought about, the result of which is then displayed on the LED or LCD display 28 . Furthermore, an interface 29 can be provided which allows the data of the brushing session to be transferred to another computer, a storage medium or a printer for further processing. In the "Therapy" function mode, the data lesson is omitted, the recording of data is then continued without interruption until the end of the brushing process.

Im Funktionsmodus "Therapie" zeigen drei Leuchtdioden 36, 37, 38, die über einen vom Programm laufend errechneten "gleitenden Durchschnitt" gesteuert werden, dem Patienten an, ob der von ihm betriebene Kraftaufwand erhöht ist oder nicht.In the “therapy” function mode, three light-emitting diodes 36 , 37 , 38 , which are controlled by a “moving average” calculated by the program, indicate to the patient whether the amount of force he is using is increased or not.

Vor Beginn einer weiteren Bürstsitzung setzt der Reset- Knopf 39 das Gerät in die Ausgangsstellung zurück, das Gerät zeigt wieder Bereitschaft zur Kalibrierung und so fort.Before another brushing session begins, the reset button 39 resets the device to the starting position, the device shows readiness for calibration again and so on.

Das Programm bildet die Differenzen zwischen den Meß- und den Kalibrierungswerten und errechnet aus diesen unter Berücksichtigung der Kraftrichtung die resultierende Bürstkraft. Zusammen mit der speziellen Anordnung der Dehnungsmeßstreifen ergeben sich somit drei verschiedene Empfindlichkeitsbereiche, die für diese spezielle Anwen dung auch erforderlich sind:The program forms the differences between the measurement and the calibration values and calculated from them under Taking into account the direction of force the resulting Brushing power. Together with the special arrangement of the Strain gauges thus result in three different ones Sensitivity ranges that are specific to this application are also required:

1. The main working area 40 with an angle 41 of 90 ° extends 45 ° to the right and left of the perpendicular 42 to the brush head 4 , so that the center of this area runs parallel to the bristles. In this area, equally large forces are evaluated the same regardless of their angle to the brush head 4 . Both strain gauges 10 , 11 are deflected and their values are added vectorially. This means that forces when brushing with an angled toothbrush are fully included in the evaluation.
2. Two areas 43 , 44 with progressively reduced sensitivity are each 45 ° to the right and left of the main working area 40 . In these areas 43 , 44 , forces which have just exceeded the limit of the main working area 40 are hardly reduced, as a result of which a slight exceeding of the main working area 40 , particularly when brushing with an angled brush handle, results in only a small measurement error. With larger angle deviations, the probability that it is a "real" measured value (a force that is directed against the tooth and gingiva) is rapidly reduced. The progressive reduction takes this into account. It is accomplished by the position of the strain gauges 10 , 11 and the program of the evaluation device. At the boundary of the main working area 40 one of the strain gauges 10 , 11 assumes the starting position, that is to say the value of this strain gauge corresponds to the calibration value and is evaluated by the program as zero. In this case, the resultant is finally formed from the square of the measured value of the other strain gauge. As soon as the angle 41 of the main working range 40 is exceeded, the value of one of the strain gauges falls below the calibration value. The program responds to this case by calculating their difference instead of the sum of the squares. Because the larger component gets smaller and smaller, but the smaller one gets bigger, the difference between the two components progressively goes to zero. This is the case at an angle of 90 ° (force is perpendicular to the bristles).
3. The area 45 of total insensitivity with a width of 180 ° is located after the two areas 43 , 44 of the progressively reduced sensitivity and encompasses the entire back of the brush head 4 . If the counter bearing does not already prevent a deflection of the brush shaft 3 , this takes place exclusively in the horizontal direction. The deflection of both strain gauges is therefore the same, and since one of the strain gauges falls below the calibration value, the program of the evaluation device effects the subtraction of both components, and the result is zero.
This results in a directional characteristic corresponding to the oval field 50 of FIG. 13.
This division into three areas 40 , 43 and 44 and 45 is of crucial importance for the function of the device in the above sense. Fig. 4 shows the position of the three areas relative to the brush head 4.

Fig. 8a zeigt eine Belastung des Bürstenschaftes 3 der Vorrichtung von Fig. 1 bis 3 genau in Richtung der Borsten bzw. der Lotrechten 42 zum Bürstenkopf 4, wobei die seitliche Abweichung 0° beträgt und beide Dehnungsmeß streifen 10, 11 gleichmäßig belastet werden. Fig. 8a shows a load on the brush shaft 3 of the device of Fig. 1 to 3 exactly in the direction of the bristles or the perpendicular 42 to the brush head 4 , the lateral deviation is 0 ° and both strain gauges 10 , 11 are evenly loaded.

Fig. 8b zeigt eine Belastung in Richtung von 45° (Pfeil 51) schräg zu den Borsten des Bürstenkopfes 4, so daß nur der eine Dehnungsmeßstreifen 10 durch die Auslenkung des Bürstenschaftes 4 belastet wird, während der Bürstenschaft 3 an dem anderen Dehnungsmeßstreifen 11 ohne dessen seitliche Auslenkung entlanggleitet. Fig. 8b shows a load in the direction of 45 ° (arrow 51 ) obliquely to the bristles of the brush head 4 , so that only one strain gauge 10 is loaded by the deflection of the brush shaft 4 , while the brush shaft 3 on the other strain gauge 11 without it lateral deflection slides along.

Fig. 8c zeigt eine Belastung des Bürstenschaftes 3 in einem Winkel von mehr als 45° (Pfeil 52) schräg zu den Borsten des Bürstenkopfes 4, so daß außer dem Dehnungsmeß streifen 10 auch der zweite Dehnungsmeßstreifen 11 durch die Federwirkung seines Halters entsprechend der seitli chen Auslenkung des Bürstenschaftes 3 anspricht, während in Fig. 8d eine Auslenkung des Bürstenschaftes 3 in einem Winkel von 90° (Pfeil 53), das heißt also quer zu den Borsten am Bürstenkopf 4 gezeigt ist, in der beide Deh nungsmeßstreifen 10 und 11 auf die seitliche Verlagerung des Bürstenschaftes 3 ansprechen. Fig. 8c shows a load on the brush shaft 3 at an angle of more than 45 ° (arrow 52 ) obliquely to the bristles of the brush head 4 , so that in addition to the strain gauges 10 and the second strain gauge 11 by the spring action of its holder according to the side Deflection of the brush shaft 3 responds, while in Fig. 8d a deflection of the brush shaft 3 is shown at an angle of 90 ° (arrow 53 ), that is to say transversely to the bristles on the brush head 4 , in which both strain gauges 10 and 11 on the address the lateral displacement of the brush shaft 3 .

Bei dem in Fig. 9 und 10 gezeigten abgewandelten Ausfüh rungsbeispiel ist ein Halter 9 für einen Dehnungsmeßstrei fen 11 an dem senkrecht aufragenden Rand 6 a des im Quer schnitt U-förmigen Trägers 6 seitlich derart befestigt, daß er in der unbelasteten Ruhestellung am Bürstenschaft 3 parallel zum Boden des Trägers 6 federnd aufliegt, während der Halter 8 mit dem anderen Dehnungsmeßstreifen 10 an der gegenüberliegenden Innenwand 6 b des U-förmigen Trägers 6 befestigt ist und in Achsrichtung am Bürstenschaft 3 von der Seite her federnd anliegt. In the modified embodiment shown in FIGS . 9 and 10, a holder 9 for a Dehnungsmeßstrei fen 11 is laterally attached to the upstanding edge 6 a of the cross-sectionally U-shaped support 6 such that it is in the unloaded rest position on the brush shaft 3 rests resiliently parallel to the bottom of the carrier 6 , while the holder 8 is fastened with the other strain gauge 10 to the opposite inner wall 6 b of the U-shaped carrier 6 and rests resiliently in the axial direction on the brush shaft 3 from the side.

In Fig. 11a bis 11d sind die entsprechenden Belastungsfor men der beiden Dehnungsmeßstreifen 10, 11 dieser Vorrich tung entsprechend Fig. 8a bis 8d gezeigt, wobei die Aus lenkungen der beiden rechtwinklig zueinander angeordneten Dehnungsmeßstreifen 10, 11 entsprechend den jeweils auf tretenden Belastungen des Bürstenschaftes 3 in der bereits beschriebenen Weise erfolgen.In Fig. 11a to 11d, the corresponding loading forms of the two strain gauges 10 , 11 of this device according to Fig. 8a to 8d are shown, the deflections from the two mutually perpendicular strain gauges 10 , 11 corresponding to the respective loads on the brush shaft 3rd done in the manner already described.

Im Unterschied zu den beiden vorstehend beschriebenen Aus führungsformen ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 12 der Bürstenschaft 3 mit einem rechteckigen Quer schnitt ausgebildet und weist zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Sollbiegestellen 60, 61 mit Dehnungsmeßstrei fen 10, 11 auf, von denen einer parallel zu den Borsten des Bürstenkopfes 4 und der andere senkrecht dazu steht.In contrast to the two embodiments described above, the brush shaft 3 is formed with a rectangular cross-section in the third embodiment of FIG. 12 and has two predetermined bending points 60 , 61 with strain gauges 10 , 11 arranged at right angles to one another, one of which is parallel to one another the bristles of the brush head 4 and the other is perpendicular to it.

Ebenso wie die Ausführungsform von Fig. 9 und 10 steht so mit ein Dehnungsmeßstreifen 11 parallel zu den Borsten am Bürstenkopf 4 und der andere quer dazu. Dies bedingt le diglich eine Änderung des Programmes der Auswertevorrich tung. In allen Fällen bleibt aber das Prinzip erhalten, daß zwei im rechten Winkel zueinander stehende Dehnungs meßstreifen 10, 11 vorhanden sind, ein Gegenlager mit einem weiteren Dehnungsmeßstreifen 15 für eine Ruhestel lung des Bürstenschaftes 3 sorgt, und daß die Richtungs sensibilität der Vorrichtung durch das Zusammenwirken dieser Anordnung mit dem Programm der Auswertevorrichtung bewerkstelligt wird.Like the embodiment of FIGS. 9 and 10, a strain gauge 11 is parallel to the bristles on the brush head 4 and the other is transverse to it. This only requires a change in the program of the evaluation device. In all cases, however, the principle is retained that two strain gauges 10 , 11 are at right angles to each other, a counter bearing with another strain gauge 15 ensures a rest of the brush shaft 3 , and that the directional sensitivity of the device through the interaction this arrangement is accomplished with the program of the evaluation device.

Claims

1. A method for determining the brushing force when brushing teeth with a brush head, which sits on a brush shaft and is connected via strain gauges to an electronic evaluation device for the measurement data obtained, characterized in that the measurement of the brush force by two applied to the brush shaft, by a resilient bending of the Bürstenschaf tes independently applied strain gauges, which are connected to the electronic evaluation device, respond to the deflection forces occurring during tooth brushing independently and are evaluated by the evaluation device depending on the direction of force.

2. Device for performing the method according to claim 1 with a brush head, which sits on a brush shaft and is connected via strain gauges to an electronic evaluation device for the measurement data obtained, characterized in that the brush shaft ( 3 ) to his from Brush head ( 4 ) facing away from the rear end ( 5 ) with a carrier ( 6 ) is firmly connected, and that on a section between the brush head ( 4 ) and fastening point of the brush shaft ( 3 ) two strain gauges at right angles to each other ( 10 , 11 ) are arranged, which are connected to the electronic evaluation device ( 2 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the brush shaft ( 3 ) on the support ( 6 ) upstanding mounting blocks ( 12 , 13 ) is clamped against rotation, and that on the support ( 6 ) has a counter bearing ( 15 ) for the Brush shaft ( 3 ) is provided, on which the brush shaft ( 3 ) resiliently rests in the rest position under slight bias.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that holders ( 8 , 9 ) for the strain gauges ( 10 , 11 ) are provided, which consist of spring steel tongues or plates attached to the carrier ( 6 ) on both sides of the brush shaft ( 3 ).

5. The device according to claim 4, characterized in that the holder ( 6 , 9 ) for the strain gauges ( 10 , 11 ) of the support ( 6 ) at an angle ( 7 ) of 45 ° are roof-shaped against each other and under low spring pressure rest on the brush shaft ( 3 ).

6. The device according to claim 4, characterized in that a holder ( 9 ) for a strain gauge ( 11 ) rests on the brush shaft ( 3 ) parallel to the bottom of the carrier ( 6 ), and that the holder ( 8 ) with the other strain gauge strip ( 10 ) rests in an axial direction on the brush shaft ( 3 ) from the side. ( Figs. 9 and 10)

7. The device according to claim 4, characterized in that the brush shaft ( 3 ) carries a support ring ( 14 ) which rests on the counter bearing ( 15 ) and on the outer circumference of the holder ( 8 , 9 ) with the strain gauges ( 10 , 11 ) issue.

8. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the brush shaft ( 3 ) has two Sollbie arranged at right angles to each other ( 60 , 61 ) with strain gauges ( 10 , 11 ), one of which is parallel to the bristles and the other perpendicular to it stands. ( Fig. 12)

9. The device according to one or more of claims 2 to 8, characterized in that the carrier ( 6 ) is completely sealed in a plastic or metal housing serving as a brush handle, the dimensions of which correspond to the dimensions of a normal toothbrush.

10. The device according to claim 9, characterized in that the carrier ( 6 ) on its the brush head ( 4 ) facing away from the rear end has a transmission cable ( 17 ) deflecting bracket ( 18 ) which serves as a kink protection and prevents the cable ( 17 ) protrudes vertically from the end of the housing.

11. The device according to one or more of claims 2 to 10, characterized in that the evaluation device ( 2 ) for the measurement data has an input stage from two measuring bridges ( 20 , 21 ) which strip from the strain gauges applied to the brush shaft ( 10 , 11 ) and internal resistors in the Appa rateteil and are fed by a highly constant, low-voltage low-voltage voltage source.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the evaluation device ( 2 ) has a light-emitting diode ( 30 ) which indicates the readiness for calibration of the strain gauges ( 10 , 11 ).

13. The apparatus of claim 11 and 12, characterized in that the Auswertevor direction ( 2 ) has a switch that closes only when the brush handle ( 31 ) in a holding tion ( 32 ) on the evaluation device is inserted or clamped for the moment of calibration of the strain gauges ( 10 , 11 ) ensures an unloaded state of the brush ( 4 ).

14. Device according to claims 11 to 13, characterized in that the evaluation device ( 2 ) has a device for storing the calibration values of both strain gauges ( 10 , 11 ).

15. Device according to claims 11 to 14, characterized in that the evaluation device ( 2 ) has three light-emitting diodes ( 36 , 37 , 38 ) which are controlled by a "moving average" calculated by the program of the evaluation device and controlled Show patients whether the effort they are exerting is increased or not.