Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnputznavigationssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a toothbrush navigation system according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 102008027317A1 ist ein Zahnputznavigationssystem mit Positionssensoren zur Erfassung der Position bzw. Orientierung der Zahnbürste, Drucksensoren zur Erfassung der beim Zähneputzen erzeugten Druckkräfte und einem Zeitmesser zur Erfassung der Dauer der Putzkraft bekannt. Hier werden die einzelnen Zahnflächen optisch, zum Beispiel auf einem Display, und in schematischer Weise dargestellt. In Abhängigkeit von der Stärke und der Dauer des Bürstenandrucks erfolgen in diesem System Änderungen zum Beispiel bezüglich der Helligkeit oder der Sättigung des Farbtons auf den schematischen Zahnflächen. Weiterhin hängt die Lokalisation der schematischen Zahnflächen, auf denen die vorgenannten Änderungen bezüglich des Farbtones vorgenommen werden, von der mittels Positionssensoren erfassten Position der Bürste ab. Nachteilig ist jedoch hierbei, dass zur Positionsbestimmung ein zusätzlicher Referenzsensor am Körper, zum Beispiel am Kopf, befestigt werden muss. Dies ist mittels einer Trägervorrichtung, zum Beispiel eines Stirnbands oder einer Brille, möglich. Allerdings bewirkt eine etwaige geringfügige Verlagerung des Referenzsensors durch Verrutschen der Trägervorrichtung Ungenauigkeiten in der Positionsbestimmung der Zahnbürste, wodurch auch die Darstellung des aktuellen Putzergebnisses verfälscht wird. Außerdem ist von Nachteil, dass die Positionssensoren immer wieder kalibriert werden müssen und die Trägervorrichtung jedes Mal bei Benutzung des Zahnputznavigationssystems angebracht werden muss. Beides schränkt die Nutzung des Geräts ein. Alternativ können auch Positionssensoren ohne Referenzsensor eingesetzt werden. Hierbei dienen ähnlich wie bei einer Lasercomputermaus aufgenommene optische Bilder oder Ultraschallwellenbilder als Basis für die Ortsbestimmung. Nachteilig ist hierbei, dass zur Errechnung der Position der Zahnputzvorrichtung mittels der aufgenommen optischen oder akustischen Bilder über die optischen bzw. akustischen Sensoren weitere Referenzobjekte erfasst und rechnerisch zueinander in Bezug gesetzt werden müssen, was bei etwaiger Verlagerungen der Referenzobjekte die Ortsbestimmung ungenau macht. Aus der Schrift US 2009/ 02 98 017 A1 ist eine intraorale Scanvorrichtung bekannt, die mindestens eine Kamera, die mit dem Laufzeitverfahren Distanzen misst, insbesondere eine TOF-Kamera, aufweist. Jedoch besteht hier aufgrund der intraoralen Anwendung des optischen Sensors der Nachteil der Funktionseinschränkung des Sensors durch Mundflüssigkeiten und Zahnpasta.From the DE 102008027317A1 is a Zahnputznavigationssystem with position sensors for detecting the position or orientation of the toothbrush, pressure sensors for detecting the pressure forces generated during brushing teeth and a timer for detecting the duration of the cleaning power known. Here, the individual tooth surfaces are displayed optically, for example on a display, and in a schematic manner. Depending on the strength and duration of the brush pressure, changes in, for example, brightness or chroma saturation on the schematic tooth surfaces occur in this system. Furthermore, the localization of the schematic tooth surfaces, on which the aforementioned changes are made with respect to the hue, depends on the position of the brush detected by means of position sensors. The disadvantage here, however, that for determining the position of an additional reference sensor on the body, for example on the head, must be attached. This is possible by means of a carrier device, for example a headband or glasses. However, any slight displacement of the reference sensor due to slippage of the carrier device causes inaccuracies in the position determination of the toothbrush, as a result of which the representation of the current cleaning result is also falsified. In addition, it is disadvantageous that the position sensors must be calibrated again and again and the carrier device must be mounted each time using the Zahnputznavigationssystems. Both restrict the use of the device. Alternatively, position sensors without a reference sensor can also be used. Here, similar to a laser computer mouse recorded optical images or ultrasonic wave images serve as a basis for the location. The disadvantage here is that for the calculation of the position of the Zahnputzvorrichtung recorded optical or acoustic images via the optical or acoustic sensors other reference objects must be detected and computationally related to each other, which makes in any displacements of the reference objects, the location inaccurate. The document US 2009/02 98 017 A1 discloses an intraoral scanning device which has at least one camera which measures distances with the transit time method, in particular a TOF camera. However, due to the intraoral application of the optical sensor, there is the disadvantage of the functional restriction of the sensor by mouth fluids and toothpaste.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die räumliche Erfassung der dentalen Zahnputzvorrichtung, insbesondere einer Zahnbürste, eines Zahnputznavigationssystems präzise durchzuführen, so dass eine verbesserte Darstellung des aktuellen Putzergebnisses erreicht wird.Object of the present invention is to precisely perform the spatial detection of the dental brushing device, in particular a toothbrush, a Zahnputznavigationssystems, so that an improved representation of the current cleaning result is achieved.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 durch ein Zahnputznavigationssystem zur Anzeige des aktuellen Putzergebnisses während des Zähneputzens bestehend aus einer dentalen Putzvorrichtung, insbesondere einer Zahnbürste, einer optischen Positionsbestimmungsvorrichtung, einer Drucksensorvorrichtung, einer Zeitmessvorrichtung, einer Rechnereinheit und einer optischen Wiedergabevorrichtung gelöst,
- - das mindestens eine Kamera, die mit dem Laufzeitverfahren Distanzen misst, insbesondere eine TOF-Kamera, umfasst,
- - und dass nach Aktivierung der TOF-Kamera, die sich in einer definierten und erfassten Entfernung zu einem Benutzer befindet, das Gesicht des Benutzers mit der in den Mund geführten Zahnbürste aufgenommen wird.
This object is achieved according to claim 1 by a toothbrush navigation system for displaying the actual cleaning result during toothbrushing comprising a dental brushing device, in particular a toothbrush, an optical position-determining device, a pressure-sensor device, a time-measuring device, a computer unit and an optical reproduction device, - the at least one camera which measures distances with the transit-time method, in particular a TOF camera, comprises
- - And that after activation of the TOF camera, which is in a defined and detected distance to a user, the user's face is recorded with the guided in the mouth toothbrush.
Mit dem vorgenannten Lichtlaufzeitverfahren zur Distanzmessung von Objektpunkten können durch die TOF-Kamera (TOF = time of flight) Bewegungen von Objekten verfolgt werden. Gemäß Anspruch 2 wird die Position und/oder die Lage des Arbeitsteils, insbesondere eines Borstenfeldes einer Zahnbürste, der dentalen Putzvorrichtung aus den über die Kamera des Hauptanspruches ermittelten Distanzen von Objektpunkten der dentalen Putzvorrichtung errechnet. Das heißt, dass über ein Programm die Position bzw. Lage des im Mund befindlichen und gegebenenfalls verdeckten Borstenfeldes aus den erfassten Distanzen der Objektpunkte eines Teils der Zahnbürste und der erfassten geometrischen Werte der kompletten Zahnbürste errechnet wird. Dem Anspruch 3 zufolge wird über die Kamera und die Rechnereinheit die Bewegung der dentalen Putzvorrichtung erkannt. Laut Anspruch 4 ist an der dentalen Zahnputzvorrichtung, in bevorzugter Ausgestaltung an einem Zahnbürstengriff im Bereich vor dem Bürstenkopf, ein Referenzobjekt (zum Beispiel eine Markierung, ein Leuchtgegenstand, ein hervorgehobener Gegenstand etc.) für die räumliche Auswertung durch die Kamera bzw. die Rechnereinheit angebracht.With the aforementioned light transit time method for distance measurement of object points, movements of objects can be tracked by the TOF camera (TOF = time of flight). According to claim 2, the position and / or the position of the working part, in particular a bristle field of a toothbrush, the dental cleaning device calculated from the determined via the camera of the main claim distances of object points of the dental cleaning device. This means that a program is used to calculate the position or position of the bristle field located in the mouth and possibly hidden, from the detected distances of the object points of a part of the toothbrush and the detected geometric values of the complete toothbrush. According to claim 3, the movement of the dental cleaning device is detected via the camera and the computer unit. According to claim 4, a reference object (for example a marking, a luminous object, a highlighted object, etc.) is attached to the dental toothbrushing device, in a preferred embodiment on a toothbrush handle in the region in front of the brush head, for spatial evaluation by the camera or computer unit ,
Der Vorteil dieses Systems besteht darin, dass durch die genaue räumliche Erfassung der Zahnbürste dem Benutzer das aktuelle Putzergebnis während des Zähneputzens wirklichkeitsgetreuer veranschaulicht wird. Der Benutzer kann hierdurch seine Zahnputztechnik leichter optimieren.The advantage of this system is that the exact spatial detection of the toothbrush to the user the actual cleaning result during brushing is illustrated more realistic. The user can thereby optimize his Zahnputztechnik easier.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel mit einer TOF-Kamera dargestellt.An exemplary embodiment with a TOF camera is shown below.
Das Zahnputznavigationssystem umfasst einen Rechner, einen Bildschirm, eine Zahnbürste mit Drucksensoren zur Erfassung des Bürstenandrucks und einen Zeitmesser zur Erfassung der Dauer des Bürstenandrucks. Nach Einschalten des Systems wird auf dem Bildschirm ein Zahnschema mit den einzelnen Zahnflächen angezeigt. Über eine Eingabevorrichtung kann das Zahnschema individualisiert werden, d.h. es können zum Beispiel Lücken oder Zahnersatze eingetragen werden. Weiterhin kann eine Größenklassifizierung der Kiefer erfolgen: zum Beispiel in den Kategorien „sehr klein“, „klein“, „mittel“, „groß“ und „sehr groß“. Die Angabe zur Kiefergröße dient als Grundlage zur Abschätzung der Zahngrößen und deren Flächen. Genaue Werte für die Zahngrößen bzw. der Zahnflächen lassen sich durch Herstellung und Ausmessen von Kiefermodellen oder durch ein rechnergesteuertes Abtastverfahren (scanning) direkt im Mund erreichen. Die erfassten geometrischen Werte des Gebisses dienen zusammen mit den gespeicherten geometrischen Werten der Zahnbürste und gegebenenfalls von erfassten Referenzobjekten zur Ermittlung der Position des Borstenfeldes der Zahnbürste in Relation zu den Zahnflächen. Auf der Zahnbürste zwischen Bürstenkopf und Handgriff befindet sich ein Referenzobjekt in Form einer ringförmigen Markierung mit zum Beispiel mit Streifenmuster in zur Umgebung kontrastierenden Farben, wobei auch jede andere räumlich und/oder farblich sich von der Umgebung abhebende Form eines Referenzobjektes möglich ist. Ein Streifenmuster hat den Vorteil, dass die Abbildung jedes Streifens, der gerade auf die Kamera gerichtet ist, aufgrund einer Codierung und Übertragung in ein bildverarbeitendes Computerprogramm als definierter Wert zur Errechnung der Lage der Zahnbürste dient. The toothbrush navigation system comprises a computer, a screen, a toothbrush with pressure sensors for detecting the Bürstenandrucks and a timer for detecting the duration of Bürstenandrucks. After switching on the system, a tooth diagram with the individual tooth surfaces is displayed on the screen. About an input device, the tooth scheme can be customized, ie it can be entered, for example, gaps or teeth set. Furthermore, a size classification of the jaw can be done: for example, in the categories "very small", "small", "medium", "large" and "very large". The indication of the jaw size serves as a basis for the estimation of the tooth sizes and their surfaces. Exact values for the tooth sizes or the tooth surfaces can be achieved by producing and measuring jaw models or by a computer-controlled scanning method (scanning) directly in the mouth. The detected geometric values of the dentition, together with the stored geometric values of the toothbrush and, if appropriate, of detected reference objects, serve to determine the position of the bristle field of the toothbrush in relation to the tooth surfaces. On the toothbrush between the brush head and handle is a reference object in the form of an annular marking with, for example, striped pattern in contrasting colors to the environment, with any other spatial and / or color contrasting from the environment form a reference object is possible. A striped pattern has the advantage that the image of each stripe, which is currently directed at the camera, serves as a defined value for calculating the position of the toothbrush due to coding and transmission in an image processing computer program.
In der hier dargestellten Ausführung ist eine TOF-Kamera an das System angeschlossen. Die TOF-Kamera enthält einen optischen TOF- oder PMD- Sensor (TOF = time of flight; PMD = Photonic Mixer Device), dessen Funktionsprinzip auf dem Lichtlaufzeitverfahren beruht. Hierbei wird die mit der Kamera aufgenommene Szene mit dem sichtbaren Teil der bewegten Zahnbürste in Bildpunkte unterteilt und mittels des optischen Sensors für jeden Bildpunkt (Pixel) die Entfernung zum aufgenommenen Objekt ermittelt. Da diese Kameras bis zu 100 Bilder je Sekunde liefern, können auch Bewegungen von Objekten erkannt und ausgewertet werden. Nach Aktivierung der TOF-Kamera, die sich in einer definierten und erfassten Entfernung zum Benutzer befindet, wird das Gesicht mit der in den Mund geführten Zahnbürste aufgenommen. Sobald das Navigationssystem über die Drucksensoren einen Andruck der Zahnbürste auf die Zahnflächen registriert, wird die Position der Borstenfeldes der Zahnbürste in Bezug auf die Zahnflächen mittels eines Computerprogramms errechnet. Als Grundlage zur Positionsberechnung dienen die erfassten Werte der Bildpunktdistanzen des Referenzobjektes auf der Zahnbürste, der räumlichen Ausdehnung der Zahnbürste und der Größe des Gebisses bzw. der Zähne. In einer weiteren Ausgestaltung des Systems wird die Lage (Orientierung) des Borstenfeldes aus den erfassten Werten berechnet und erfasst. Zusätzlich erfolgt auch eine Erkennung der Bewegung der Zahnbürste. Hierbei werden verschiedene Bewegungsmuster des Referenzobjektes, als Signal für zum Beispiel horizontales Bürsten, kreiselnde Putzbewegungen etc., vorab in das Computerprogramm übertragen. Durch Vergleich zwischen der erfassten Bewegung mit den abgespeicherten Bewegungsmustern erfolgt eine programmgesteuerte Einordnung und Bewertung der Bewegung der Zahnbürste.In the embodiment shown here, a TOF camera is connected to the system. The TOF camera contains a TOF or PMD (Time of Flight) sensor (PMD = Photonic Mixer Device) whose operating principle is based on the time of flight method. In this case, the scene taken with the camera is subdivided into pixels with the visible part of the moving toothbrush and the distance to the recorded object is determined for each pixel by means of the optical sensor. Since these cameras deliver up to 100 images per second, movements of objects can also be detected and evaluated. Upon activation of the TOF camera, which is at a defined and sensed distance from the user, the face is picked up with the toothbrush in the mouth. As soon as the navigation system registers a pressure of the toothbrush on the tooth surfaces via the pressure sensors, the position of the bristle field of the toothbrush with respect to the tooth surfaces is calculated by means of a computer program. The basis for the position calculation are the recorded values of the pixel distances of the reference object on the toothbrush, the spatial extent of the toothbrush and the size of the teeth or of the teeth. In a further embodiment of the system, the position (orientation) of the bristle field is calculated from the detected values and recorded. In addition, there is also a recognition of the movement of the toothbrush. In this case, different movement patterns of the reference object, as a signal for example, horizontal brushing, gyroscopic cleaning movements, etc., transferred in advance in the computer program. By comparing between the detected movement with the stored movement patterns, a program-controlled classification and evaluation of the movement of the toothbrush takes place.
Bei dieser Variante der Erfindung entspricht aufgrund der Programmierung der tatsächlich mit dem Borstenfeld im Mund bearbeitete Gebissbereich dem im Zahnschema analog dargestellten Gebissbereich. Wenn zum Beispiel der Benutzer aktuell den rechten oberen zweiten Molar an der Außenfläche putzt (Zahn 17, buccal), findet die grafische Veranschaulichung des Putzeffektes im Zahnschema an der entsprechenden Darstellung für die Außenfläche des rechten oberen zweiten Molaren statt. Zur leichteren Orientierung für den Benutzer kann auf dem Bildschirm im aktuell als geputzt gezeigten Bereich des Zahnschemas eine stilisierte Zahnbürste dargestellt werden, deren Position im Zahnschema der über das Programm errechneten Position des Borstenfeldes bezüglich der Zahnflächen entspricht. Über den Drucksensor und den Zeitmesser werden außerdem die werte bezüglich des Andrucks und der Dauer des Andrucks erfasst und über den Rechner auswertet. Anfangs werden zum Beispiel im Zahnschema die Zahnflächen in einer bestimmten Farbe angezeigt. In Echtzeit werden die erfassten Werte bezüglich der Position, der Lage, der Bewegung, des Andrucks und der Zeitdauer des Andrucks laufend in den Rechner übertragen. Hierbei hängt die Lokalisation der im Zahnschema dargestellten Zahnflächen, auf denen die aktuelle Putzwirkung, zum Beispiel durch farbliche Änderungen, veranschaulicht wird, von der errechneten Position des Borstenfeldes im Mund ab. An dem auf dem Bildschirm dargestellten Gebissbereich bzw. auf den dargestellten Zahnflächen wird die Zahnputzwirkung dadurch veranschaulicht, dass bei umso größeren Werten für den Andruck und die Zeitdauer des Andrucks sowie bei umso effizienter bewerteter Lage und Bewegung der Zahnbürste, zum Beispiel Kreiseltechnik mit vom Zahnfleisch zum Zahn abrollender Bewegung, die Farbe umso schneller an Helligkeit zunimmt oder an Sättigung abnimmt. Zum Beispiel steht eine rote Farbe im Zahnschema für ungeputzte, eine rosa Farbe für noch nicht vollständig geputzte und eine weiße Farbe für vollständig geputzte Zahnflächen.In this variant of the invention corresponds due to the programming of actually processed with the bristle field in the mouth dentition corresponds to the dentition analogously illustrated dentition. For example, if the user is currently brushing the right upper second molar on the outer surface (tooth 17, buccal), the graphical illustration of the plucking effect in the tooth scheme will take place in the corresponding representation for the outer surface of the upper right second molar. For ease of orientation for the user, a stylized toothbrush can be displayed on the screen in the area of the tooth diagram currently shown as polished, whose position in the tooth diagram corresponds to the position of the bristle field calculated with respect to the tooth surfaces. By means of the pressure sensor and the timer, the values relating to the pressure and the duration of the pressure are also recorded and evaluated by the computer. At first, for example, the teeth are displayed in a specific color in the dental plan. In real time, the recorded values with respect to the position, the position, the movement, the pressure and the duration of the pressure are continuously transmitted to the computer. Here, the localization of the tooth surfaces shown in the dental plan, on which the current cleaning effect, for example by color changes, is illustrated, depends on the calculated position of the bristle field in the mouth. The toothbrushing effect illustrated on the screen shown on the screen or on the illustrated tooth surfaces is illustrated by the greater the values for the pressure and the duration of the pressure as well as the more efficiently evaluated position and movement of the toothbrush, for example gyroscope gyroscope Tooth-rolling motion, the color increases the faster the brightness or decreases in saturation. For example, a red color in the tooth scheme stands for un-plastered, a pink color for not yet completely cleaned, and a white color for fully-brushed tooth surfaces.