DE60029345T2

DE60029345T2 - Zahnputztechniküberwachung

Info

Publication number: DE60029345T2
Application number: DE60029345T
Authority: DE
Inventors: Andy Concord YANG; Casper Danville CHIANG
Original assignee: Gillette Canada Inc
Current assignee: Gillette Canada Inc
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: BR0016799A; EP1698252A2; ATE332656T1; AU2105201A; EP1244373A1; US6536068B1; EP2275002A2; CN1514695A; EP1244373B1; EP2275001A3; EP2275002A3; EP2275001A2; DE60029345D1; WO2001047392A1; EP1698252A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Überwachung einer Zahnputztechnik.
Die Wirksamkeit des Zähneputzens hinsichtlich der Entfernung von Plaque von den Zahnoberflächen wird durch die Bürst- bzw. Putzbewegung des Benutzers, die Putzdauer und die durch den Benutzer während dem Putzen bzw. Bürsten ausgeübte Kraft beeinflusst. Diese Parameter wurden von Fachleuten auf dem Gebiet der Zahnpflege in einer „empfohlenen Zahnputztechnik" zusammengefasst, die den Patienten von Zahnärzten bei Zahnarztbesuchen gelehrt werden. Allerdings vergessen Patienten diese Technik häufig schon unmittelbar nach dem Verlassen der Zahnarztpraxis und üben stattdessen eine ungeeignete Zahnputztechnik aus. Wenn der Zahnarzt den Patienten bittet, seine Zahnputztechnik vorzuführen, entspricht die Vorführung ferner häufig nicht der üblichen Zahnputztechnik des Patienten.
Es wurden verschiedene Zahnbürsten vorgeschlagen, die einen oder mehrere der drei vorstehend genannten Parameter messen und ein Signal bereitstellen (z.B. einen Ton oder Licht), wenn die Parameter sich außerhalb vorbestimmter optimaler Bereiche befinden. Andere Zahnbürstensysteme überwachen einen oder mehrere dieser Parameter und stellen einen Graphen bereit, der die rohen Daten darstellt, die während der Überwachung erhalten werden.
Das U.S. Patent US-A-5.704.087 beschreibt eine Zahnbürste mit einem Bewegungssensor, der dem Benutzer anzeigt, wenn der nächste Besuch beim Zahnarzt ansteht.
Das U.S. Patent US-A-5.924.159 beschreibt eine Zahnbürste, die einen Bewegungssensor aufweist, der Ausgangssignale bereitstellt, die rhythmischen Bewegungen in dem Schaft der Zahnbürste entsprechen, während das U.S. Patent US-A-4.253.212 eine Schall emittierende Vorrichtung bereitstellt, die durch die Bewegung in dem Schaft einer Zahnbürste betätigt wird.
Schließlich beschreibt das U.S. Patent US-A-5.876.207 eine Zahnbürste mit einer piezoelektrischen Folie, die in dem Kopf angeordnet ist, um den während dem Zähneputzen ausgeübten Druck zu messen.
Vorgesehen wird gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Zahnbürstenbenutzer und/oder den Zahnarzt des Benutzers eine präzise Evaluierung der Zahnputztechnik des Benutzers während einer Zahnputzsitzung. Die Erfindung erfasst eine Zeitfolge von Daten zu der Zahnputzbewegung des Benutzers, der Kraft und der Dauer des Zähneputzens, speichert die Daten und analysiert diese. Eine Benutzerschnittstelle ermöglicht es dem Zahnbürstenbenutzer und/oder dem Zahnarzt des Benutzers, sich eine Simulation während einer Zahnputzsitzung anzeigen zu lassen. Daten von mehreren Zahnputzsitzungen können gespeichert werden, so dass eine Historie der Zahnputztechnik des Benutzers gespeichert und eine Behandlung kompiliert und untersucht werden kann.
Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung somit eine Zahnbürste, die folgendes umfasst: ein Handstück, einen Hals, einen Zahnbürstenkopf, der sich von dem genannten Hals erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Zahnbürste folgendes umfasst: einen dreidimensionalen Kraftsensor mit einem Bolzen, der sich von dem Zahnbürstenkopf im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Handstücks nach oben erstreckt; und ein Fühlerelement, das an der Basis des Bolzens angebracht ist, mit fünf Dehnungsmessern, von denen zwei die Bewegung in die X-Richtung, zwei die Bewegung in die Y-Richtung und ein fünfter den Druck in die Z-Richtung messen, wobei die X- und Y-Richtungen in der Ebene des Zahnbürstenkopfes liegen, und wobei die Z-Richtung in einer dazu senkrechten Ebene liegt; und eine Datenspeichervorrichtung zum Speichern von Daten, die durch den Sensor erfasst werden.
Ferner offenbart wird ein Verfahren, das während der Benutzer der Zahnbürste seine Zähne putzt, Daten erfasst, welche die Bewegung der Zahnbürste entlang ihrer Längsachse anzeigen und Informationen zu den Daten zum Anzeigen bereitstellen.
Bevorzugte Implementierungen des Verfahrens weisen eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf. Das Verfahren umfasst ferner das Erfassen von Daten, welche die Bewegung der Zahnbürste anzeigen, mit mindestens zwei Freiheitsgraden, vorzugsweise mit mindestens vier Freiheitsgraden, und wobei sechs Freiheitsgrade am meisten bevorzugt werden.
Das Verfahren weist ferner das Erfassen von Daten auf, welche den entlang der Schäfte der Borsten ausgeübten Druck anzeigen. Die Bewegung anzeigenden Daten werden unabhängig von den Druckdaten erfasst. Die Bewegung anzeigenden Daten werden von einer Position in der Nähe der Borsten erfasst, wie zum Beispiel von einem elongierten Element mit einer Längsachse, die in einem Winkel zwischen 0 und 45 Grad zu den Schäften mindestens einiger der genannten Borsten angeordnet sind. Die Daten werden durch Messen der Belastung erfasst, wenn das elongierte Element während dem Zähneputzen abgelenkt wird. Das Verfahren umfasst ferner das Analysieren der Daten, um die Putzbewegung während jedem Bürstenzug zu bestimmen. Die Informationen werden einem Zahnarzt und/oder dem Benutzer der Zahnbürste angezeigt, oder die Informationen können auch in klinischen Studien und für Marktforschungszwecke eingesetzt werden. Die Informationen enthalten Einzelheiten zu den Putzbewegungen während dem Zähneputzen, beziehen sich auf die Bürstenabnutzung und/oder auf den Putzdruck. Die Informationen werden zur Steuerung der Bewegung eines grafischen Elements eingesetzt, wobei die Zahnbürste in Bezug auf die Daten dargestellt wird. Die Informationen enthalten Einzelheiten zu dem Ausmaß des Zähneputzens im linken und rechten Kieferbereich sowie den Vorderzähnen.
Ebenfalls offenbart wird ein System zur Überwachung einer Zahnputztechnik eines Benutzers, mit (a) einer Zahnbürste, die so gestaltet ist, dass sie eine zeitliche Sequenz von Daten erfasst, welche eine sich verändernde zweidimensionale Position der Borsten der Zahnbürste in einer Ebene anzeigen, die allgemein senkrecht ist zu den Schäften der Borsten der Zahnbürste; und (b) eine Benutzerschnittstelle, die so gestaltet ist, dass sie Informationen in Bezug auf die Zahnputzbewegungen des Benutzers anzeigt.
Die bevorzugten Implementierungen des Systems können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Das System kann ferner eine Datenspeichervorrichtung aufweisen, die der Zahnbürste zugeordnet und so gestaltet ist, dass sie von der Zahnbürste erfasste Daten speichert. Die Benutzerschnittstelle ist so gestaltet, dass sie eine Evaluierung der Putztechnik des Benutzers auf der Basis der genannten Daten bereitstellt. Die Zahnbürste weist eine Benutzerschnittstelle auf, oder die Benutzerschnittstelle ist an einem Zahnbürstenhalter bereitgestellt. Die Benutzerschnittstelle weist eine Anzeige zum Anzeigen einer Beurteilung bzw. einer Bewertung auf. Die Zahnbürste weist ein Modem, wie zum Beispiel ein Funkmodem auf, um die Daten zu einem entfernten Computer zu übertragen. Die Benutzerschnittstelle weist eine Anzeige mit einem ersten grafischen Element auf, das eine Zahnbürste darstellt, die sich gemäß den Daten bewegt. Die Anzeige weist ferner ein zweites grafisches Element auf, das eine Zahnanordnung darstellt, wobei das Element statisch bleibt im Verhältnis zu dem ersten grafischen Element. Das erste grafische Element erscheint so, dass es sich in jedem von sechs Freiheitsgraden bewegt. Die Zahnbürste weist einen Sensor und einen Mikroprozessor auf.
Die bevorzugten Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. Der Bürstenbereich weist ferner einen hinteren Abschnitt auf, wobei der Sensor an dem hinteren Abschnitt angebracht ist, und wobei die Basis entfernbar an einem Abschnitt des sich von dem hinteren Abschnitt erstreckenden Abschnitts des Sensors angebracht ist. Die Bürstenelemente und die Basis umfassen gemeinsam eine entfernbare modulare Einheit. Die modulare Einheit ist austauschbar. Der Sensor ist dauerhaft an der Zahnbürste angebracht, und die modulare Einheit greift entfernbar mit einem Abschnitt des Sensors ein. Alternativ weist der Sensor ein elongiertes Element auf, das sich zwischen den Bürstenelementen erstreckt, z.B. ein Teilstück bzw. Abschnitt des elongierten Elements erstreckt sich durch eine Öffnung in der Basis und in die Bürstenelemente. Die Bürstenelemente umfassen Borsten, und die Längsachse des elongierten Elements erstreckt sich in einem Winkel zwischen etwa 0 und 45 Grad im Verhältnis zu den Längsachsen mindestens einiger der Borsten. Der Sensor weist ein borstenartiges Element auf. Die Zahnbürste weist ferner einen Rotationssensor auf, wie zum Beispiel ein Gyroskop, das so gestaltet ist, dass es die Rotation der Zahnbürste misst. Der Bewegungssensor ist so gestaltet, dass er ein Biegungsmoment des elongierten Elements misst, wenn Kraft durch den Benutzer während dem Zähneputzen auf die Zähne ausgeübt wird. Der Bewegungssensor misst Biegungsmomente in mehrere Richtungen. Die Zahnbürste weist ferner eine Datenspeichervorrichtung zum Speichern der von dem Sensor gemessenen Daten auf. Die Zahnbürste weist ferner ein Modem, wie zum Beispiel ein Funkmodem auf, um die von dem Sensor gemessenen Daten zu einem entfernten Computer zu übertragen. Die Zahnbürste weist ferner eine Datenevaluierungsvorrichtung auf, die so gestaltet ist, dass sie die Daten analysiert. Die Zahnbürste weist ferner eine Anzeige auf, um Informationen in Bezug auf die Putzsitzung anzuzeigen. Die Zahnbürste weist ferner einen mit dem Sensor verbundenen Mikroprozessor auf.
Ferner offenbart wird ein Verfahren, das das Anzeigen eines ersten grafischen Elements aufweist, das eine Zahnbürste darstellt; und wobei bewirkt wird, dass sich das erste grafische Element gemäß den Daten bewegt, welche die tatsächliche Bewegung einer Zahnbürste darstellen, die von einem Benutzer gehalten wird.
In bevorzugten Implementierungen weist die Anzeige ein zweites grafisches Element auf, das eine Zahnanordnung darstellt, wobei das Element im Verhältnis zu dem ersten grafischen Element statisch bleibt und entsprechend positioniert ist, so dass das erste Element so erscheint, dass es sich über das zweite Element bewegt.
Ferner offenbart wird ein Verfahren zum Evaluieren einer Zahnputztechnik eines Benutzers einer Zahnbürste, wobei das Verfahren folgendes aufweist: (a) das Erfassen von dem Zähneputzen des Benutzers zugeordneten Daten, während sich der Zahnbürstenbenutzer die Zähne putzt; (b) das Speichern der während dem Schritt des Zähneputzens erfassten Daten; (c) das Analysieren der Daten, um eine Evaluierung der Bewegung der Zahnbürste zu erhalten und unabhängig davon des auf die Zähne ausgeübten Drucks; und (d) das Bereitstellen von Informationen über die Evaluierung zum Anzeigen.
Ferner offenbart wird eine Zahnbürste mit einem Körper und einem Sensor, der so gestaltet ist, dass er eine zeitliche Folge von Daten erzeugt, die der Ausrichtung der Zahnbürste zugeordnet ist, und zwar in ausreichenden Freiheitsgraden, um eine Bestimmung der Bewegung der Zahnbürste unabhängig von der Kraft zu ermöglichen, und zwar unabhängig von der durch einen Benutzer während dem Zähneputzen auf die Zähne ausgeübten Kraft.
Ferner offenbart wird eine Vorrichtung, die folgendes aufweist: (a) einen Eingang, der so konfiguriert ist, dass er eine zeitliche Folge von Daten empfängt, die der Ausrichtung einer Zahnbürste während dem Zähneputzen zugeordnet sind; und (b) eine analytische Vorrichtung, welche die Kontur der Bewegung der Zahnbürste auf der Basis der genannten Daten bestimmt.
Ferner offenbart wird eine Benutzerschnittstelle auf Maschinenbasis, die eine Anzeige der Zahnbürste in einer 3D-Umgebung aufweist, und eine Vorrichtung, welche die anscheinende Bewegung der Zahnbürste in der 3D-Umgebung gemäß den Daten zu der Ausrichtung einer realen Zahnbürste steuert, die während dem Zähneputzen abgeleitet werden.
Ferner offenbart wird eine Zahnbürste, die folgendes aufweist: (a) einen Bürstenabschnitt zum Putzen der Zähne; (b) eine Zähneputz-Evaluierungsvorrichtung; und (c) eine Anzeige zum Anzeigen von Informationen, die durch die Zähneputz-Evaluierungsvorrichtung erzeugt werden.
In bevorzugten Implementierungen weisen die Informationen Einzelheiten zu den Zähneputzbewegungen auf, die während dem Zähneputzen zum Einsatz kommen, zu dem Zähneputzdruck und dem Bürstenverschleiß bzw. der Bürstenabnutzung. Die Anzeige kann auch anzeigen, wenn der Bürstenabschnitt ersetzt werden soll.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht im teilweisen Querschnitt einer nicht der vorliegenden Erfindung entsprechenden Zahnbürste;
1A eine diagrammatische Seitenansicht der Zahnbürste aus 1, die in einem Zahnbürstenhalter aufbewahrt wird;
2 eine schematische Ansicht des Datenflusses von einer Zahnbürste oder einer Zahnbürstenhalterung zu einem oder mehreren entfernten Positionen;
3 eine Seitenansicht einer Zahnbürste, wobei eine LCD- oder LED-Anzeige angezeigt wird, mit Kästchen, welche die Informationen anzeigen, die einem Benutzer angezeigt werden können;
4 eine größere Anzeige, die angezeigt werden kann, wie zum Beispiel auf einer LCD- oder LED-Anzeige an einem Zahnbürstenhalter oder einem Bildschirm eines Personalcomputers;
die 5–5B Graphen der X-Y-Koordinaten der Positionen der Zahnbürste während er Bewegung, die allgemein entsprechend horizontal, vertikal und kreisförmig ist;
5C einen ähnlichen Graphen, der die Positionen X_max, X_min, Y_max und Y_min anzeigt;
6 ein Flussdiagramm der Schritte, die ein Mikroprozessor ausführt, um die Zahnputzbewegung eines Benutzers auf der Basis der Daten zu bestimmen, die von einem Beschleunigungsmesser der Zahnbürste aus 1 erhalten werden;
6A eine Tabelle und einen Graphen eines Beispiels für Daten, die in dem Algorithmus aus 6 verwendet werden können;
6B eine Anordnung von Tabellendaten, die zum Anzeigen von Bürstenzügen gekennzeichnet sind;
7 eine auseinander gezogene schematische Seitenansicht des Kopfabschnitts einer Zahnbürste gemäß der vorliegenden Erfindung;
7A eine auseinander gezogene Perspektivansicht eines Zahnbürstenkopfes aus 7, wobei die Borsten schematisch dargestellt sind;
7B eine Seitenansicht des Mehrachsen-Kraftsensors, der in der Zahnbürste aus 7 eingesetzt wird;
7C eine teilweise vergrößerte Perspektivansicht des Kraftsensors aus 7B;
8 ein Flussdiagramm der von dem Mikroprozessor ausgeführten Schritte, um die Zahnputzbewegung eines Benutzers auf der Basis von Daten zu bestimmen, die von dem Mehrachsen-Kraftsensor der Zahnbürste aus 7 erhalten werden;
die 8A–8C Graphen des X-Y-Koordinatensystems, das in dem Algorithmus aus 8 entsprechend für die horizontale, vertikale und kreisförmige Bewegung eingesetzt wird;
8D eine Anordnung von Daten, die unter Verwendung des Algorithmus aus 8 erzeugt werden;
9 eine schematische Seitenansicht einer Zahnbürste mit einem Gyrometer und einem Lichtsensor;
10 eine schematische radiale Querschnittsansicht eines Bewegungssensors gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 eine schematische Seitenansicht eines Zahnbürstenkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
12 eine schematische Seitenansicht eines Zahnbürstenkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Abbildung aus 1 zeigt eine Zahnbürste, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, zur Verwendung in einem System zum Überwachen der Zahnputztechnik. Die Zahnbürste 10 weist ein Handstück 12 und eine Bürstenkopf 14 auf, der allgemein in Büscheln angeordnete Borsten 40 aufweist.
In dem Handstück 12 angebracht sind ein Bewegungssensor 16, ein Mikroprozessor 18, eine Datenspeichervorrichtung 20, wie z.B. eine Speicherkarte und eine Stromversorgung 22, wie z.B. eine Batterie, die gemäß der Abbildung aus 1 miteinander verbunden sind. Die Zahnbürste 10 weist zudem ein Dehnungsmessgerät 21 auf, das in dem Hals der Zahnbürste angebracht ist. Die Art und Weise, wie Daten während dem Zähneputzen erfasst und in der Folge evaluiert werden, ist nachstehend im Text näher beschrieben.
Wie dies in der Abbildung aus 1A dargestellt ist, kann das System auch eine Zahnbürstenhalteeinrichtung bzw. einen Zahnbürstenhalter 24 aufweisen, in dem die Zahnbürste aufbewahrt werden kann, wenn sie nicht zum Zähneputzen verwendet wird. Wenn die Stromversorgung 22 eine wiederaufladbare Batterie bzw. einen Akku aufweist, weist der Zahnbürstenhalter 24 eine Ladevorrichtung 23 auf, die so gestaltet ist, dass sie als Ladestation für die Stromversorgung fungiert, und wobei sie einen Stecker (nicht abgebildet) aufweist, zur Verbindung der Einrichtung mit einer elektrischen Steckdose. Der Halter weist ferner eine Anzeige 27 auf, wie zum Beispiel eine LCD-Anzeige, um angezeigte Informationen ablesen zu können, die zum Beispiel eine Evaluierung der Zahnputztechnik des Benutzers betreffen, wie zum Beispiel eine „Bewertung", wie gut das Zähneputzen ausgeführt worden ist. Beispiele für mögliche Anzeigen sind in den Abbildungen der 3 und 4 abgebildet. Der Halter weist ferner eine Datenspeichervorrichtung 25 auf, in welche Daten von der Zahnbürste heruntergeladen werden können, wie z.B. wenn der Datenspeicher in der Zahnbürste begrenzt oder temporär ist.
Der Halter und/oder die Zahnbürste können auch ein kabelloses bzw. Funkmodem (nicht abgebildet) aufweisen, über das Daten und/oder eine Evaluierung an einen entfernten Standort übertragen werden können, wie zum Beispiel einen Personalcomputer oder eine Website im Internet.
Die drei durch die Technik zum Überwachen des Zähneputzens ausgeführten Schritte lauten: (a) während einer Zähneputzsitzung die Erfassung einer zeitlichen Sequenz von Daten, wie zum Beispiel von Daten, die der Bewegung der Zahnbürste in ausreichenden Freiheitsgraden zugeordnet sind, um eine Bestimmung der Bewegung der Zahnbürste zu ermöglichen sowie der einer durch einen Benutzer während dem Zähneputzen auf die Zähne ausgeübten Kraft zugeordneter Daten; (b) das Analysieren der zeitlichen Folge der Daten für die Vornahme dieser Bestimmung und zum Erhalten aller anderen gewünschten Informationen; und (c) das Ausgeben der Ergebnisse aus Schritt (a) und/oder (b) an den Benutzer der Zahnbürste oder eine andere Person, wie zum Beispiel einen Zahnarzt oder einen Zahnhygieniker. Diese Schritte sind nachstehend im Text näher beschrieben.
Datenerfassung
Verschiedene Sensoranordnungen können eingesetzt werden, um eine zeitliche Sequenz von Daten zu erfassen, welche die Bewegung der Zahnbürste und die ausgeübte Kraft betreffen. Zwei alternative Anordnungen werden nachstehend im Text beschrieben.
Wie dies in der Abbildung aus 1 dargestellt ist, weist die Zahnbürste 10 einen Bewegungssensor 16 auf, wie zum Beispiel einen Mehrachsen-Beschleunigungsmesser und ein Dehnungsmessgerät 21. Der Mehrachsen-Beschleunigungsmesse kann einen Zweiachsen- oder Dreiachsen-Beschleunigungsmesser darstellen und wird zum Messen der Beschleunigung in die x- und y-Richtungen eingesetzt, d.h. die Bewegung der Zahnbürste in der Ebene des Zahnbürstenkopfes als eine Funktion der Zeit. Wenn dem Beschleunigungsmesser ein im Wesentlichen konstanter Strom zugeführt wird, wie zum Beispiel durch eine 5-Volt-Batterie, so verändert sich der Widerstand des Beschleunigungsmessers als Reaktion auf Bewegung, was zu einem variablen Spannungsausgang gemäß der Gleichung V = IR führt. Geeignete Beschleunigungsmesser sind erhältlich von Vernier Software, Portland, Oregon, USA. Das Dehnungsmessgerät 21 ist in dem Hals der Zahnbürste angebracht und misst die Kraft, die auf die Zahnbürstenborsten ausgeübt wird, d.h. die Kraft in die Richtung az. Die Daten zur Beschleunigung und Kraft werden von dem Mikroprozessor mit einer Datenerfassungsrate (Abtastrate) von etwa 10 bis 50 Abtastungen/Sekunden erfasst, wie zum Beispiel mit 20 Abtastungen/Sekunde. Die Beschleunigungsdaten werden zum Rückschluss auf die Bewegung eingesetzt, unter Verwendung eines nachstehend beschriebenen Algorithmus, wobei keine Rückumsetzung in Positionsdaten erfolgt.
Wenn die Sensoren und das Dehnungsmessgerät nicht in dem Kopfbereich vorgesehen sind, kann der Kopf entfernbar und austauschbar sein, wie zum Beispiel über einen Schraub- bzw. Gewindeeingriff mit dem Handstück (nicht abgebildet), so dass die Bürste weiter verwendet werden kann, nachdem eine Abnutzung der Borsten aufgetreten ist. Jede gewünschte Art von entfernbarem Kopf oder Borstenpatrone kann eingesetzt werden.
Wie dies in den Abbildungen der 7–7A dargestellt ist, weist die Zahnbürste 10 gemäß der vorliegenden Erfindung an Stelle des Beschleunigungsmessers und des Dehnungsmessgerätes einen dreidimensionalen Kraftsensor 36 auf, der dem Sensor ähnlich ist, der in einer Zeigevorrichtung eingesetzt wird, die in die Tasten auf einer tragbaren Computertastatur eingebettet bzw. integriert ist. Geeignete Kraftsensoren sind unter den Handelsnahmen Aurora/DX Serie als Sensoren von Bokam Engineering, Inc., Santa Ana, Kalifornien, USA, erhältlich und sind in dem U.S. Patent US-A-5.872.320 beschrieben. Der in den Abbildungen der 7B und 7C näher dargestellte Sensor 36 weist einen Bolzen 38 auf, der sich von dem Zahnbürstenkopf aufwärts erstreckt, im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 41 des Zahnbürstenhandstücks (und im Wesentlichen parallel zu den Schäften (nicht abgebildet) der Borsten 40). Der Sensor 35 weist ferner ein Fühlerelement 42 auf, das an der Basis des Bolzens angebracht ist.
Das Fühlerelement 42 weist fünf Dehnungsmessvorrichtungen auf, von denen zwei die Bewegung in die X-Richtung, zwei die Bewegung in die Y-Richtung und die fünfte den Druck in die Z-Richtung messen. Die vier die Bewegung messenden Dehnungsmessvorrichtungen sind unterhalb der vier Ecken des Fühlerelements 42 positioniert (Dehnungsmessvorrichtungen 34, 35, 36, 37 aus 7C). Die fünfte Dehnungsmessvorrichtung, welche den Druck misst, ist direkt unterhalb des Bolzens 38 angebracht und ist somit nicht abgebildet. Dehnung bzw. Belastung wird detektiert, wenn der Bolzen 38 abgelenkt wird, wenn auch nur geringfügig, was bewirkt, dass das Fühlerelement 42 eine Kraft auf eine oder mehrere der Dehnungsmessvorrichtungen ausübt. Aufgrund des Einschlusses der fünften Dehnungsmessvorrichtung ist der Sensor in der Lage, Druck in der Z-Achse zu messen (Druck, der durch die Borsten auf die Zähne ausgeübt wird), und zwar unabhängig von dem Druck auf die X- und Y-Achsen (die Bewegung anzeigen). Folglich sieht der Sensor präzise Messungen der Bürstenbewegung vor, die unabhängig von dem Putzdruck sind. Der Sensor kann somit präzise und konstant zwischen vertikaler (oder horizontaler) Bewegung der Zahnbürste über die Zähne und Veränderungen des Drucks der Zahnbürste auf die Zähne unterscheiden, der keine Bewegung beinhaltet.
Wie dies in den Abbildungen der 7 und 7A dargestellt ist, sind die Borsten 41 an einem Modul 50 mit einem Teilstück 52 angebracht, das an die Bolzen 38 gedrückt werden kann bzw. einschnappt (Pfeil aus 7), wodurch das Modul ausgetauscht werden kann. Das Fühlerelement 42 ist in einer Vertiefung 54 angeordnet, die durch das Modul 50 und den Kopfbereich 56 des Handstücks definiert ist, um das Fühlerelement zu schützen. Die Bewegung des Moduls im Verhältnis zu dem Kopfbereich ist möglich durch einen Zwischenraum zwischen der inneren Begrenzung der Vertiefung 54 und der äußeren Begrenzung des Moduls. Die Bewegung wird gedämpft durch eine Dichtung 51, die sich um die Peripherie des Moduls erstreckt, und eine Dichtung 53, die sich um die Peripherie der Vertiefung in dem Kopfbereich erstreckt. Da der Sensor die Bewegung des Moduls in drei Richtungen im Verhältnis zu dem Kopfbereich misst anstatt die Bewegung des Handstücks und/oder die Biegungsmomente des Halses, stellen die erhaltenen Daten präzise die Bürstenbewegung dar. Zum Beispiel wird einem Benutzer eine nicht bürstende Bewegung oder ein nicht mit dem Zähneputzen verbundener Druck, wie etwa ein statischer Druck auf den Kopf oder eine Bewegung des Handstücks durch Raum (ohne zu Bürsten bzw. Zähne zu putzen), nicht fälschlich als Bewegung gemeldet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Daten mit einer Datenerfassungsrate von etwa 25 bis 75 Abtastungen/Sekunde, wie zum Beispiel mit etwa 50 Abtastungen/Sekunde gewonnen.
In beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Zahnputzdauer bestimmt auf der Basis, wann die Vorrichtung manuell unter Verwendung eines Ein-Ausschalters (nicht abgebildet) ein- und ausgeschaltet wird. Wenn dies gewünscht wird, kann die Vorrichtung dauerhaft eingeschaltet sein, wobei sie sich in einem „Ruhemodus" befindet, wenn sie gerade nicht eingesetzt wird. In diesem Fall kann die Vorrichtung so gestaltet sein, dass sie durch Zahnputzdruck aktiviert (in den „Wachmodus" geschaltet) wird, oder indem die Vorrichtung manuell eingeschaltet wird. Im erstgenannten Fall kann die Vorrichtung so gestaltet sein, dass sie mit der Datenerfassung beginnt, wenn der Zahnputzdruck zum ersten Mal festgestellt wird, und wobei die Daten beim Zähneputzen tabelliert werden, wenn über einen vorbestimmten Zeitraum wie zum Beispiel 30 Sekunden kein Zahnputzdruck detektiert worden ist.
Bei beiden Zahnbürsten aus den Abbildungen der 1 und 7–7A kann ein Gyroskop 64 enthalten sein, wie dies in der Abbildung aus 9 dargestellt ist, um Drehbewegungen der Zahnbürste um die X-, Y- und Z-Achse zu detektieren. Die von dem Gyroskop erfassten Daten können für die Bestimmung verwendet werden, wann der Benutzer die Zahnbürste von einer Seite des Munds zu der anderen Seite bewegt (die Bewegung von einer Seite zu der anderen ist unvermeidbar mit dem Umdrehen der Zahnbürste verbunden). Deise Daten können zum Bestimmen der Zahnputzdauer auf jeder Seite des Mundes verwendet werden, wie dies nachstehend im Text beschrieben ist. Die Gyroskopdaten können auch dazu eingesetzt werden, zu bestimmen, wann das Zahnfleisch geputzt wird, da die meisten Benutzer beim Putzen des Zahnfleischs den Bürstenkopf in einem Winkel von etwa 45 Grad zu der normalen Zahnputzposition halten (die Borsten sind ungefähr horizontal). Die Daten zum Putzen des Zahnfleischs können auch dazu eingesetzt werden, zu bestimmen, wann während einem bestimmten Zeitraum die oberen Zähne oder die unteren Zähne geputzt werden, indem bestimmt wird, ob während dem Putzen von Zahnfleisch während diesem Zeitraum der Winkel etwa 45 Grad oder etwa –45 Grad betragen hat.
Die Zahnbürste kann optional auch einen Sensor aufweisen, um zu bestimmen, wann die vorderen Zähne geputzt werden (an Stelle der linken oder rechten Seite des Mundes). Bei dem Sensor kann es sich zum Beispiel um einen Lichtsensor 66 (9) handeln, der an der Rückseite des Zahnbürstenkopfes angebracht ist (so dass er durch die Backe des Benutzers abgedeckt wird, wenn er sich in dem Mund befindet, wobei er jedoch Licht ausgesetzt ist, wenn die Vorderzähne geputzt werden), wobei es sich aber auch um einen ähnlich angebrachten Drucksensor handeln kann, der die Backe berührt, wenn sich die Bürste in dem Mund befindet, jedoch nicht die Vorderzähne putzt.
Die durch die vorstehend beschriebenen Sensoren werden durch ein Datenerfassungsbuch (DAQ-Buch) gespeist. Das DAQ-Buch, das in den Abbildungen nicht einzeln dargestellt ist, kann in einen Chip in dem Mikroprozessor integriert werden, oder es kann eine einzelne Komponente darstellen, die mit der Zahnbürste über Kabel verbunden ist. Geeignete verkabelte DAQ-Bücher sind im Handel zum Beispiel von Vernier Software erhältlich. Das DAQ-Buch kann im erworbenen Zustand eingesetzt werden, ohne weitere Modifikationen oder Programmierungen außer der Kalibrierung. Das DAQ-Buch wandelt die digitalen Daten in Tabellenform um, so dass sie in eine Tabelle in einem herkömmlichen Datenerfassungs-Softwareprogramm gescannt werden können, wie zum Beispiel ein Tabellenkalkulationsprogramm, das zum Beispiel im Handel von Microsoft unter der Handelsbezeichnung Excel erhältlich ist. Ein Beispiel für eine Tabelle ist in 6A abgebildet, wobei ein Graph die Koordinaten der Daten in der Tabelle zeigt. Die Daten sind in chronologischer Anordnung gespeichert und tabelliert, wobei stets die zeitliche Folge beibehalten wird, in der die Daten während dem Zähneputzen erfasst worden sind. Die tabellierten Daten werden danach zum Erzeugen einer zeitlichen Sequenz von Daten verwendet, welche die Bürstbewegung anzeigen, die für jeden Bürstenzug während der Zahnputzsitzung eingesetzt werden, wie dies nachstehend in dem Abschnitt „Datenanalyse" beschrieben ist.
Datenanalyse
Die durch den Beschleunigungsmesser oder den Mehrachsen-Kraftsensor erfassten Daten werden analysiert, wie dies nachstehend im Text beschrieben ist, um die Bewegung jedes Bürstenzugs während der Zahnputzsitzung zu bestimmen (d.h. horizontal, vertikal oder kreisend). Die Daten hinsichtlich der Putzdauer und der Putzkraft erfordern für gewöhnlich keine Analyse außer, sofern gewünscht, dem Vergleich dieser Daten mit einer vorbestimmten empfohlenen Putzdauer und Kraft, und wobei bestimmt wird, ob die Dauer und/oder die Kraft verlängert bzw. erhöht oder verkürzt bzw. verringert werden soll. Das Ausmaß der Borstenabnutzung kann ebenfalls hergeleitet werden durch Kombination der Daten, welche den Druck, die Dauer und die Anzahl der Züge insgesamt anzeigen. Das Melden dieses Parameters an den Benutzer kann dem Benutzer anzeigen, wann der Bürstenkopf ausgetauscht werden sollte.
Wenn die in der Abbildung aus 1 abgebildete Sensorkonfiguration eingesetzt wird, ist es erforderlich, eine Reihe von Berechnungen mit den X- und Y-Beschleunigungskoordinaten vorzunehmen, um die Folge der während der Zahnputzsitzung eingesetzten Putzbewegungen zu bestimmen. In den Abbildungen der 5–5B sind für Referenzzwecke während der folgenden Beschreibung die Graphen abgebildet, welche kennzeichnende X,Y-Koordinaten für einen horizontalen, vertikalen und kreisförmigen Zug darstellen. Die Datenerfassungsrate ist schnell genug, so dass viele Datenpunkte auf den Kurven aus den 5–5B gegeben sind. Zur besseren Veranschaulichung sind in den Abbildungen nur die relevanten Datenpunkte dargestellt. Die relevanten Datenpunkte sind zur besseren Veranschaulichung symmetrisch um die X- und Y-Achsen dargestellt, wobei dies bei den tatsächlichen bzw. realen Daten jedoch nicht immer der Fall ist.
Die Sensoren werden auf der Basis von Versuchsdaten kalibriert. Ein Zyklus der horizontalen Bewegung weist allgemein maximale und minimale X-Werte von 1, –1 oder größer auf (so dass der Abstand zwischen X_max und X_min größer ist als 2), und maximale und minimale Y-Werte von deutlich weniger als 1, –1. Die vertikale Bewegung weist eine entgegengesetzte Tendenz auf, und die kreisförmige Bewegung fällt in keine dieser Kategorien.
Die Abbildung aus 6 zeigt ein Flussdiagramm für den Algorithmus zum Bestimmen der Putzbewegung. Der Algorithmus ist nachstehend in Bezug auf die Abbildungen der 5–5C und 6–6B beschrieben.
Zuerst werden die X- und Y-Beschleunigungsdaten in Tabellenform aus dem Speicher in eine Anordnung gescannt (101) (z.B. die vorstehend beschriebene Tabelle, die in 6A abgebildet ist). Die Anordnung speichert die numerischen Werte aus jeder Zelle in dem Speicher (z.B. RAM-Speicher eines PC oder Speicherkarte) in einem Format, das die folgenden Berechnungen erleichtert. Als nächstes wird der Anfang und das Ende jedes Bürstenzugs bestimmt (103), indem in chronologischer Reihenfolge die Daten für die maximalen und minimalen X-Werte abgetastet werden (siehe 6B). Das während dem Abtasten ermittelte erste Minimum wird als erstes X_min notiert und gilt als Beginn des ersten Bürstenzugs. Der erste maximale X-Wert nach dem ersten minimalen X-Wert wird lokalisiert und gilt als die Mitte des ersten Bürstenzugs (wo sich die Putzrichtung von einer Richtung in die andere ändert). Der nächste Wert X_min zeigt das Ende des ersten Bürstenzugs und den Anfang des nächsten Bürstenzugs an. Der Computer zeichnet die Daten für jeden Bürstenzug auf und fährt durch die Daten fort, um den nächsten Bürstenzug zu ermitteln, wobei jeder folgende Bürstenzug in dem Speicher aufgezeichnet wird.
In Bezug auf die Abbildungen der 6 und 6C für den ersten Bürstenzug werden die maximalen und minimalen Werte der X-Koordinate (X_max und X_min) bestimmt (105). Die Längen in die Y-Richtung L_y1 und L_y2 zwischen Datenpunkten unmittelbar vor und unmittelbar nach jedem X_max und X_min (X_max+1, X_max-1 und X_min+1, X_min-1) werden danach bestimmt (107, 109). Die Länge L_x entlang der X-Achse zwischen X_max und X_min wird ebenfalls bestimmt (111).
Nachdem diese Werte erhalten worden sind, werden sie für die Bestimmung des Bürstenzugs (113) wie folgt verwendet:
Wenn L_x kleiner ist als 2, und wenn L_y1 oder L_y2 größer ist als eins (z.B. im Fall von 5A), so wird eine vertikale Bewegung bestimmt.
Wenn L_y1 und L_y2 beide kleiner sind als eins (z.B. wie dies in 5 der Fall ist), gilt die Bewegung als horizontal.
Ansonsten gilt die Bewegung als kreisend bzw. kreisförmig.
Die geschlussfolgerte Art der Bewegung für den Bürstenzug wird danach chronologisch in dem Speicher gespeichert (115), wobei der Computer prüft, um festzustellen, ob alle Bürstenzüge analysiert worden sind (117), und wenn dies nicht der Fall ist, wird der nächste Bürstenzug auf die gleiche Art und Weise analysiert (119), bis die Bewegung jedes Bürstenzugs (oder jeder Zug in einem gewünschten Abschnitt der Zahnputzsitzung) analysiert worden ist. Die Ergebnisse werden angezeigt (121), wie z.B. als eine Tabelle, welche die Bürstenzüge in chronologischer Reihenfolge aufführt und jede Art von Zug aufzeichnet.
Wenn die Sensorkonfiguration aus den Abbildungen der 7–7A verwendet wird, werden die Kraftdaten unter Verwendung des Algorithmus aus 8 analysiert, um wiederum die Folge der Bürstenbewegungen zu bestimmen, welche während der Zahnputzsitzung eingesetzt werden. Im Gegensatz zu dem Beschleunigungsmesser muss der Kraftsensor aus den Abbildungen der 7–7A allgemein während jedem Bürstenzug durch eine „Nullposition" bzw. einen Nullpunkt (x = y, y = 0) verlaufen, da der Bolzen mit einer Vorbelastung angebracht ist, die dazu neigt, in an eine Mittelstellung zurückzuführen. Im Zeitverlauf kann somit ein reiner durchschnittlicher Versatz der Bolzen von der Mittelstellung gegeben sein. Die erforderliche Analyse ist somit etwas einfacher als dies vorstehend in Bezug auf die Abbildung aus 6 beschrieben worden ist, da die Werte von L_y1 und L_y2 direkt bestimmt werden können und nicht geometrisch hergeleitet werden müssen.
Wie in dem vorstehend beschriebenen Algorithmus werden die Daten zuerst in eine Anordnung gescannt (101), und der Anfang und das Ende jedes Bürstenzugs werden bestimmt (103). Als nächstens werden X_max, X_min, Y_max und Y_min für einen einzelnen Bürstenzug bestimmt (104), und L_y und L_x werden bestimmt (L_y = Y_max – Y_min, L_x = X_max – X_min) (106). Danach werden zwei neue Spalten der Anordnung erzeugt (siehe „Anordnung A" und „Anordnung B", 8D), um eine Folge von Ziffern zwischen 1 und 4 zu speichern bzw. zu führen (diese Ziffern bzw. Zahlen stellen die x,y-Koordinaten dar, wie dies in den Abbildungen der 8A–8C dargestellt ist). Die Ziffern werden in den Spalten (108, 110) in zeitlicher Folge platziert, d.h. in der Reihenfolge, in der die Daten abgetastet worden sind, und zwar gemäß den folgenden Kriterien.
Wenn für einen bestimmten Bürstenzug L_x größer ist als 0,8 (ein willkürlicher Schwellenwert wird ausgewählt, um kleine Bewegungen in die X-Richtung herauszufiltern), so werden die Zahlen 1, 3 in die erste neue Spalte der Anordnung („Anordnung A") eingegeben, die dem Zeitpunkt entsprechen, zu dem X_max und X_min erreicht worden sind, um die horizontale Bewegung des Putzens anzuzeigen. Wenn für den gleichen Bürstenzug L_y größer als 0,4 ist (wiederum ein willkürlicher „Filterwert"), so werden die Zahlen 2, 4 der zweiten neuen Spalte der Anordnung („Anordnung B") auf die gleiche Weise hinzugefügt, um vertikale Bewegung anzuzeigen. Als nächstes werden die beiden Spalten kombiniert (112), wobei die zeitliche Folge der Zahlen bzw. Ziffern erhalten bleibt, um eine neue Spalte („Anordnung C", 8D) zu bilden, welche die chronologische Folge von Zahlen aufweist.
Die Folge der Zahlen bzw. Ziffern in der Spalte „Anordnung C" wird danach überprüft, und die Zugbewegung für jeden Bürstenzug wird wie folgt bestimmt (113'):
Wenn die Ziffernfolge 1, 3, 1, 3 ist, so verläuft der Zug allgemein horizontal (siehe Pfeile, 8A);
Wenn die Ziffernfolge 2, 4, 2, 4 ist, so verläuft der Zug allgemein vertikal (siehe Pfeile, 8B);
Wenn die Ziffernfolge 1, 2, 3, 4 ist, so verläuft der Zug allgemein kreisförmig (siehe Pfeile, 8C).
Der Rest des Algorithmus verläuft auf die gleiche Weise, wie dies vorstehend in Bezug auf den Algorithmus aus 6 beschrieben worden ist.
Die von dem Gyroskop erhaltenen Daten, sofern eines verwendet wird, erfordern für gewöhnlich keine komplexe Analyse. Zur Bestimmung, welche Seite des Mundes zu einem bestimmten Zeitpunkt geputzt wird., werden die Gyroskopdaten abgetastet, um zu bestimmen, wann die Drehausrichtung größer ist als 180 Grad, wobei die linke Seite angezeigt wird, und wobei bei weniger als 180 Grad die rechte Seite angezeigt wird. Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, können auch Informationen zum Putzen der oberen und unteren Zähne und des Zahnfleischs ohne Berechnungen erhalten werden, und zwar einfach durch Untersuchen der Daten.
Datenausgabe
Die zeitliche Folge der erfassten und analysierten Daten während dem Zähneputzen kann auf unterschiedlichste Art und Weise verwendet werden.
Die Daten können in abgekürzter Form einem Benutzer auf einer Ausleseeinrichtung an der Zahnbürste oder an dem Zahnbürstenhalter präsentiert werden, um dem Benutzer unverzüglich Rückmeldung in Bezug auf die Leistung des Zähneputzens zu geben. Zum Beispiel können die Daten gemäß den Abbildungen der 3 und 4 präsentiert werden. In 3 handelt es sich bei der Zahnbürstenanzeige 26 um ein kleines rechteckiges Fenster mit einer LCD- oder LED-Anzeige. Der Benutzer kann durch die möglichen Anzeigeinformationen scrollen (dargestellt in den Kästchen auf der rechten Seite aus 3), indem die Ein-Aus-Optionstaste 60 an dem Handstück der Zahnbürste gedrückt wird. Der Benutzer kann sich somit eine Bewertung für die Zahnputzsitzung anzeigen lassen, die Dauer der Sitzung, den durchschnittlichen Zahnputzdruck und die Anzahl und den prozentualen Anteil der horizontalen, vertikalen und kreisförmigen Bürstenzüge, indem die Taste 60 wiederholt gedrückt wird. Wenn ein größerer Anzeigeschirm bereitgestellt wird, wie zum Beispiel an der Zahnbürste, dem Zahnbürstenhalter oder einem tragbaren Computerbildschirm, so können diese Informationen in einem Format einer einzigen Bildschirmanzeige dargestellt werden, und wobei die Daten nach Mundbereich aufgeteilt werden können, wie dies in der Abbildung aus 4 dargestellt ist. Die in den Abbildungen der 3 und 4 dargestellten Anzeigen sind lediglich Beispiele für die zahlreichen möglichen Formate, in denen die Daten angezeigt werden können.
Unter Verwendung der in dem PC des Benutzers geladenen Software können die Daten dem Benutzer in Form von Tabellen und/oder Graphen angezeigt werden. Die präsentierten Informationen können zum Beispiel folgende Informationen aufweisen: (a) den prozentualen Anteil der mit verschiedenen Bürstenbewegungen verbrachten Zeit, z.B. mit horizontalen, vertikalen und kreisförmigen Bewegungen; (b) die prozentual verbrachte Zeit mit dem Putzen jeder Seite und der Vorderseite der Zähne; (c) die gesamte Dauer der Sitzung; und (d) einen Vergleich zwischen diesen Parametern und den vorbestimmten empfohlenen Werten. Die Daten für eine Anzahl von Zahnputzsitzungen können auch verglichen werden, und Vergleichsdaten können in Form von Graphen oder auf andere geeignete Art und Weise angezeigt werden, wie zum Beispiel als ein historisches Diagramm, das den Verlauf und Verbesserungen darstellt bzw. anzeigt.
Die Daten können auch dazu verwendet werden, animierte grafische Darstellungen der Zahnputzsitzung zu erzeugen, wobei ein grafisches Element, das eine Zahnbürste darstellt, sich über ein grafisches Element bewegt, das die Zähne darstellt, gemäß den während der Zahnputzsitzung erfassten Daten. Diese Bewegung wird durch Software bereitgestellt, welche die Position der grafischen Darstellung der Zahnbürste sequentiell zu den x,y-Koordinaten bewegt, die während der Datenerfassung erfasst worden sind. Wenn eine dreidimensionale Bewegung des grafischen Elements gewünscht wird, wird der Bereich des Mundes, der geputzt wird, auf der Basis der Ablesewerte des Gyroskops und des Lichtsensors bestimmt, die analysiert worden sind, um zu Bestimmen, wenn Links-Rechts-Verschiebungen beim Zähneputzen während der Sitzung vorgenommen worden sind. Die Animation kann auch eine grafische Anzeige von Veränderungen der Zähneputzdrucks aufweisen und eine Warnmeldung, wie zum Beispiel einen Ton oder eine Farbveränderung, wenn ein vorbestimmter Putzdruck überschritten worden ist.
Diese Tabellen, Graphen und Animationen können zum Beispiel durch den Benutzer der Zahnbürste, die Eltern des Benutzers, wenn es sich bei dem Benutzer um ein Kind handelt, einen Zahnarzt und/oder einen Zahnbürstenhersteller wie etwa ORAL B angezeigt und untersucht werden. Der Benutzer der Zahnbürste kann die Website eines Zahnbürstenherstellers besuchen, die Daten von einer oder mehreren Zahnputzsitzungen übermitteln und danach individuelle Informationen von dem Hersteller empfangen, wie zum Beispiel in Bezug auf geeignete Zahnbürstendesigns zur Verwendung mit der jeweiligen Zahnputztechnik des Benutzers. Die durch den Benutzer bereitgestellten Daten können auch von dem Hersteller bei der Entwicklung neuer Zahnbürsten verwendet werden, die für spezielle übliche Zahnputztechniken optimiert sind, wie zum Beispiel in klinischen Studien und/oder Marktforschungsanwendungen.
Die Daten können auch in ein Spiel eingegeben werden, das entwickelt worden ist, um Kinder zum Zähneputzen zu motivieren, wobei das Spiel über eine Website oder auf den PC des Benutzers geladene Software bereitgestellt werden kann.
Die Daten von mehreren Zahnputzsitzungen können gesammelt und zum Kompilieren einer Historie der Zahnputzgewohnheiten des Benutzers über einen längeren Zeitraum verwendet werden, was es dem Zahnarzt des Benutzers ermöglicht, die Konformitätsaspekte des Patienten besser verstehen zu lernen. Der Zahnarzt kann die Daten mit dem Benutzer gemeinsam überprüfen und die Animationen der Zahnputzsitzungen des Benutzers während einem Besuch in der Zahnarztpraxis ansehen, was es dem Zahnarzt ermöglicht, den Benutzer besser hinsichtlich der richtigen Zahnputztechnik anzuweisen. Der Zahnarzt kann ferner die Zahnputzhistorie des Patienten im Zeitverlauf überprüfen, um zu bestimmen, ob sich die Zahnputztechnik des Patienten verbessert hat. Wenn Daten in Bezug auf die Abnutzung der Zahnbürste bereitgestellt werden (wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist), kann der Zahnarzt mit dem Patienten die Notwendigkeit für einen Austausch der Zahnbürste besprechen und/oder einen Austausch im Rahmen eines Besuchs der Zahnarztpraxis vornehmen.
Andere Ausführungsbeispiele unterliegen den Ansprüchen.
Zum Beispiel kann der Zahnbürstenhalter einen Mikroprozessor, eine Stromversorgung und ein Datenspeichersystem aufweisen, und die Zahnbürste kann über ein Kabel an dem Halter angebracht werden, so dass die Zahnbürste nur einen Sensor und eine Vorrichtung aufweisen muss, um die erfassten bzw. gemessenen Daten über das Kabel zu dem Halter zu übermitteln.
Ferner können andersartige Sensoren für die Erfassung von Daten in Bezug auf die Zahnputzbewegung eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein Beschleunigungsmesser durch eine hohle, abgeflachte zylindrische Röhre oder eine hohle Sphäre ersetzt werden, die ein kleines Objekt aufweist und einen Proximitätssensor bzw. Abstandssensor auf der Außenseite der Röhre aufweist, wie dies entsprechend in den Abbildungen der 10 und 10A dargestellt ist. Das Objekt springt in der Röhre oder Sphäre herum, wenn sich die Zahnbürste im Einsatz befindet, und die Proximitätssensoren detektieren die entsprechende Bewegung. Wenn wie dies in der Abbildung aus 10 dargestellt ist, eine Röhre verwendet wird (Röhre 100), so handelt es sich bei dem Objekt um eine Metallscheibe (die allgemein so geformt ist wie eine Miniaturausgabe eines Eishockeypucks), und acht Proximitätssensoren 102 sind jeweils um 45 Grad voneinander getrennt um den Umfang der Röhre angeordnet, um die zweidimensionale Bewegung des Pucks bzw. der Scheibe 104 zu messen. Wenn gemäß der Abbildung aus 10A eine Sphäre verwendet wird, so handelt es sich bei dem Objekt um eine Kugel (nicht abgebildet), und 18 Proximitätssensoren 102' sind mit gleichmäßigen Zwischenabständen über der Oberfläche der Sphäre 100' angebracht, um die dreidimensionale Bewegung der Kugel zu messen.
Darüber hinaus können die vorstehend beschriebenen Sensoren eingesetzt werden, um andersartige Daten zu erhalten. Zum Beispiel kann das zum Messen einer Drehbewegung der Zahnbürste im großen Maßstab verwendete Gyroskop (was eine Verschiebung von einer Seite des Munds zu einer anderen Seite anzeigt) auch zum Detektieren einer Drehbewegung im kleinen Maßstab verwendet werden, wobei dies eine Rotation der Bürste an den Zähnen während dem Zähneputzen anzeigt. Diese zusätzlichen Daten können in die Evaluierung der Zahnputztechnik des Patienten einbezogen werden sowie in die visuelle Anzeige der Zahnputzsitzung.
Darüber hinaus kann ein Mehrachsen-Kraftsensor der vorstehend beschriebenen Art bereitgestellt werden, wobei der Bolzen 38 durch ein borstenähnliches Element 138 ersetzt wird, wie zum Beispiel durch einen mit Gummi überzogenen Draht. Der Sensor ist unter bzw. zwischen den Zahnbürstenborsten 41 angebracht, wie dies in der Abbildung aus 11 dargestellt ist, so dass ein Biegen des borstenähnlichen Elements die Biegung der benachbarten Borsten anzeigt. Diese Art von Sensor würde auf die vorstehend beschriebene Art und Weise eingesetzt, um die Zahnputzbewegung und den Zahnputzdruck zu bestimmen. Um eine Austauschbarkeit des Zahnbürstenkopfs bereitzustellen können die Borsten an einem Modul angebracht werden (wie dies vorstehend in Bezug auf die Abbildung aus 7 beschrieben worden ist), und der borstenähnliche Sensor kann sich durch eine Öffnung in dem Modul in den Borstenbereich erstrecken.
Obwohl die Borsten 40 in den vorstehend beschriebenen und in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen senkrecht zu dem Zahnbürstenhandstück dargestellt sind, können ferner auch andere Borstengeometrien und Zahnbürstendesigns verwendet werden. Wie dies in der Abbildung aus 12 dargestellt ist, können die Borten zum Beispiel angewinkelt sein im Verhältnis zu dem Kopfabschnitt des Zahnbürstenhandstücks. Unabhängig von dem Winkel der Borsten wird der Bolzen des Sensors aus den Abbildungen der 7–7C so positioniert, dass er während dem Zähneputzen allgemein senkrecht ist zu der Zahnoberfläche (bei den meisten Zahnbürstendesigns ist diese Position senkrecht zu der Längsachse des Zahnbürstenhandstücks). Wenn die Borsten folglich einen Winkel aufweisen in Bezug zu der Basis, an der sie angebracht sind, so ist der Sensor in einem entsprechenden Winkel im Verhältnis zu der Längsachse der Schäfte der Borsten positioniert. In Bezug auf die Abbildung aus 12 definiert die Längsachse (A1) der Borsten einen Winkel B in Bezug auf die Längsachse (A2) des Bolzens 38 des Sensors. Der Winkel B liegt für gewöhnlich zwischen etwa 0 und 45 Grad.

Claims

Zahnbürste (10), die folgendes umfasst: ein Handstück (12), einen Hals, einen Zahnbürstenkopf (14), der sich von dem genannten Hals erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Zahnbürste (10) folgendes umfasst: einen dreidimensionalen Kraftsensor (36) mit einem Bolzen (38), der sich von dem Zahnbürstenkopf (14) im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Handstücks (12) nach oben erstreckt; und ein Fühlerelement (42), das an der Basis des Pfostens (38) angebracht ist, mit fünf Dehnungsmessern, von denen zwei die Bewegung in die X-Richtung, zwei die Bewegung in die Y-Richtung und ein fünfter den Druck in die Z-Richtung messen, wobei die X- und Y-Richtungen in der Ebene des Zahnbürstenkopfes liegen, und wobei die Z-Richtung in einer dazu senkrechten Ebene liegt; und eine Datenspeichervorrichtung (20) zum Speichern von Daten, die durch den Sensor (36) erfasst werden.
Zahnbürste (10) nach Anspruch 1, wobei die genannte Zahnbürste (10) ferner an einem Modul (50) angebrachte Borsten aufweist.
Zahnbürste (10) nach Anspruch 2, wobei der genannte Sensor (36) dauerhaft an der Zahnbürste (10) angebracht ist, und wobei das genannte Modul (50) entfernbar mit dem Pfosten des Sensors (36) eingreift.
Zahnbürste (10) nach Anspruch 3, wobei das Modul (50) einen Abschnitt (52) aufweist, der an dem Pfosten (38) einschnappt.
Zahnbürste (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei diese ferner einen Rotationssensor umfasst, der so gestaltet ist, dass er die Rotation der Zahnbürste misst.
Zahnbürste (10) nach Anspruch 5, wobei der genannte Rotationssensor ein Gyroskop umfasst.
Zahnbürste (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei diese ferner ein Modem zum Übertragen von durch den Sensor (36) erfassten Daten an einen entfernten Computer umfasst.
Zahnbürste (10) nach Anspruch 7, wobei das Modem ein kabelloses Modem umfasst.
Zahnbürste (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei diese ferner eine Datenevaluierungsvorrichtung umfasst, die so gestaltet ist, dass sie die genannten Daten analysiert.
Zahnbürste (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei diese ferner eine Anzeige zum Anzeigen von Informationen in Bezug auf einen Zahnputzvorgang umfasst.
Zahnbürste (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei diese ferner einen mit dem genannten Sensor (36) verbundenen Mikroprozessor (18) umfasst.