专利名称：用于牙刷的牙齿位置跟踪系统的制作方法
技术领域：
本发明主要地涉及跟踪牙刷在刷洗期间在口腔中相对于一个或者多个牙齿区域 (牙齿分区)的位置的系统，并且更具体地涉及一种考虑头部在刷洗期间的移动的系统。
背景技术：
在用户刷他的/她的牙齿时的实时反馈是牙刷中的希望特征。一条重要信息涉及 牙刷在不同牙齿位置或者分区(即覆盖多个相邻牙齿的具体牙齿区域)的使用时长。该信 息帮助用户确定相对于各牙齿分区的刷洗质量。用户因此可以例如确定他们对于各牙齿分 区就时间而言是刷洗不够还是刷洗过度。一种用于获得该信息的已知技术包括随着用户刷他的/她的牙齿确定牙刷的定 向、然后将该定向信息与各种预选牙齿分区相关，因为牙刷的定向将根据刷洗的具体区域 或者牙齿分区以已知方式变化，例如牙刷将根据刷洗的牙齿是在下颂还是上颂中，以及刷 洗的具体表面是外、内还是咀嚼表面来不同地定向。一种具有装配于其上的加速度计和磁 力计传感器的牙刷能够形成该定向信息。在公开号为WO 2006/1378648A1的文献中公开这 样的系统。加速度计用来测量重力，而磁力计测量地球的磁场。利用该信息，可以确定牙刷 相对于地球的定向信息(在基于地球的坐标系中)。然而这一方式本身的明显问题在于用户必须在刷洗之时保持他的/她的头部静 止。基于以具体已知定向保持头部来进行牙齿分区确定。如果头部定向在给定分区中的刷 洗期间明显改变(头部移动/旋转)，则测量的定向将针对该分区相应地改变，并且这些新 的测量的定向可能不再与针对该牙齿分区的固定“目标”牙刷定向匹配。因此可能无法识 别牙齿分区或者可能标识不正确的牙齿分区。明显头部移动在两分钟的刷洗间隔期间颇为 常见。一种解决方案是通过使用用户的头部上的相对于用户的头部具有固定定向的参考传 感器来测量头部定向改变。可以相应地进行目标定向的改变。然而，使用用户的头部上的 单独传感器并不方便、增添附加成本并且不可能一致地加以使用。
发明内容
因此，希望具有一种牙齿位置跟踪系统，该系统包括通过使用加速度计和磁力计 来获得牙刷定向信息，而且还包括准确地考虑头部在刷洗期间的移动的能力而无需单独传 感器。因而，公开一种补偿在刷洗期间的头部移动的用于牙刷的牙齿分区跟踪系统，该 系统包括牙刷，其包括用于确定牙刷在用户的口腔中的定向的系统；存储的目标信息，用 于针对多个所选牙齿分区中的各牙齿分区的牙刷定向；处理系统，用于一旦牙刷定向信息 和目标定向信息二者均在相同坐标系中就比较牙刷定向信息与目标定向信息，并且确定如 果有则哪个目标信息在所选容限内匹配牙刷定向信息；补偿系统，其基于在牙刷定向信息 与先前目标信息之间的差值来产生针对牙齿分区的调节目标信息；以及信息系统，用于响 应于处理系统向用户提供关于在所选牙齿分区中的刷洗的反馈信息。
也公开一种补偿在刷洗期间的头部移动的用于牙刷的牙齿分区跟踪系统的方法， 该方法包括以下步骤确定牙刷在用户的口腔中的定向；存储针对多个所选牙齿分区中的 各牙齿分区的牙刷定向的目标信息；一旦牙刷定向信息和目标定向信息二者均在相同坐标 系中就比较牙刷定向信息与目标定向信息，并且确定如果有则哪个目标信息在所选容限内 匹配牙刷定向信息；基于在牙刷定向信息与先前目标信息之间的差值来调节针对牙齿分区 的目标信息；以及向用户提供关于在所选牙齿分区中的刷洗的反馈信息。
图1是牙刷和相对于牙刷的坐标系的透视图。图2是用户的头部和相对于用户的头部的坐标系的侧视图。图3是示出用户的口腔中的牙齿分区的视图。图4是表示用于实现牙齿分区跟踪的处理的系统图。
具体实施例方式在本系统中，加速度计和磁力计传感器以与公开号为‘648的文献中描述的方式 相似的方式或者其他常规公知方式在基于地球的坐标系中获得牙刷定向信息(在口腔 中)。称为测量的牙刷定向信息的该定向信息也在本系统中用来通过跟踪在测量的定向与 针对牙齿分区的预先建立的固定目标定向之间的差值来确定用户的头部的位置改变(旋 转)，这样的差值归因于头部移动。这使系统即使在用户移动他的/她的头部时仍然能够准 确地标识牙齿所在的牙齿区域。然后针对各牙齿分区/区域准确地获得刷洗时间信息。一种牙齿分区位置跟踪系统首先要求标识口腔中的牙齿分区数目，例如可以根据 颂(上/下)、牙齿的表面(外表面、咀嚼表面、内表面)和具体半颂(右/左)来划分分 区。在图3中表示这一点。该特定布置因此将口腔划分成十二个不同牙齿分区或者区域， 例如一个分区/区域可以覆盖下颂的左半部中的牙齿的外表面。可以使用更少或者更大数 目的分区。对于更大数目的分区，在颂前面的牙齿可以区别于在颂后面的牙齿。在牙齿位置跟踪时的关键考虑在于各牙齿分区在头部处于具体位置时具有与它 关联的称为目标定向的已知有效牙刷定向的范围。在基于头部的坐标系中限定这些目标范 围，而根据加速度计和磁力计传感器数据来确定的测量的牙齿定向是相对于基于地球的坐 标系。当在相同坐标系中表示目标定向范围和测量的定向时进行比较。如果测量的牙刷定 向在目标范围之一内，则推断用户在具有该目标范围的牙齿分区中刷洗他的/她的牙齿。 然后可以跟踪在各牙齿分区中花费的时间并且向用户提供该信息以便确认或者修改刷洗 习惯。另外，在实时情形中，可以提供关于仍然应当针对各分区使用多少时间的信息。针对各牙齿位置的目标定向范围包括与在分区内的理想定向关联的一个维度以 及表明相对于理想目标定向的可允许定向容限的两个正交维度。针对各牙齿分区的目标范围存储于牙刷中的存储器中。如上文所示，在基于头部 的坐标系中限定目标定向范围，而在基于地球的坐标系中表示根据加速度计和磁力计传感 器数据来确定的测量的牙刷定向。比较二者以确定牙齿分区要求在相同坐标系中表示二 者。将目标定向范围转换成基于地球的坐标系在计算上没有相反转换那么密集，尽管取而 代之可以将测量的定向转换成基于头部的坐标系以供比较。
为了适应在刷洗期间的头部位置改变，进行目标范围定向信息向基于地球的坐标 系的连续变换。在本系统中，这是在两个步骤中完成的，这些步骤考虑在刷洗期间的头部位 置改变(旋转)，以便准确地标识刷洗的牙齿分区。在第一步骤中，在用户开始刷洗时段时 建立初始头部位置。只有已知基于头部的坐标系中的初始牙刷定向才可以很准确地确定初 始头部位置。在测量基于地球的坐标系中的牙刷定向之时已知基于头部的坐标系中的初始 牙刷定向允许确定初始头部位置。然而，在实践中仅已知刷洗的初始牙齿分区并且因此已 知基于头部的坐标系中的对应定向范围而不是基于头部的坐标系中的准确头部定向可能 就足够了。用户因此必须在预选牙齿分区中开始刷洗，并且处理系统必须已知该起始位置。 在刷洗事件开始时获得在测量的牙刷定向与针对预选牙齿分区的目标定向范围之间的相 关性。可以在头部跟踪过程中通过第二步骤适应(逐渐纠正)初始头部定向所致的任何误 差。在第二步骤中，由于用户在刷洗时段的过程中可以改变头部定向(或者不改变) 而有效地跟踪头部定向。测量的牙刷定向用来跟踪头部定向改变。如果头部定向改变，则 测量的牙刷定向将偏离与刷洗的牙齿分区对应的目标定向范围(该范围不直接由于头部 定向改变而改变)，因为测量的牙刷定向将随着头部定向改变而改变以跟随牙齿的实际位 置。如果头部位置不改变，则测量的定向将在针对刷洗的牙齿分区的存储的目标定向范围 内。偏离目标定向范围、但是相对于该范围在阈值内表明应当调节头部定向估计(造成目 标定向范围改变)，从而如在地球坐标系中表示的目标定向范围变得更接近测量的牙刷定 向。头部定向改变产生在目标定向范围与测量的定向之间的差值，该头部定向差值被实际 地跟踪，即适应。将向目标定向范围施加的调节可以与为了对准(匹配)目标定向范围与 测量的牙刷定向而将需要的调节相同。然而，由于在测量的定向中存在噪声，所以通常不进 行全纠正调节；即一个采样间隔不应当用来进行全纠正。纠正因此比全纠正更少一些，其可 以在0(无纠正)与1(全纠正)之间变化。在处理中，如果任何测量的牙刷定向在与可能牙齿位置分区对应的范围以外(包 括差值容限/阈值)，则不更新头部定向信息和目标定向范围，因为在阈值以外的定向信息 将可能表明牙刷由用户从一个牙齿分区移向另一牙齿分区。图1示出了用于牙刷的坐标系，而图2示出了基于头部的坐标系。在图1中，χ轴 在刷毛的方向上，ζ轴是沿着牙刷的轴，并且y轴相对于牙刷侧向(横向)指向。在图2中， ζ轴是从头部的底部至顶部的方向(垂直于齿弓的平面)，χ轴是头部向右的方向，并且y轴 是头部向前的方向。在本系统中，根据测量的加速度计和磁力计信息来确定牙刷相对于地 球的定向信息。在图4中在块20示出了这一点。下文简述根据重力或者地球的磁场来计 算定向信息。地球的重力和磁场矢量在地球固定参考坐标系中具有固定和已知定向。下文 分别将它们标识为均为三维矢量的rg和$。使用具有装配于其上的加速度计和磁力计的 牙刷，可以在基于牙刷的坐标系(图1)中测量两个矢量从而提供、和卞。可以在3x3矩 阵lrT中表示地球固定坐标系中的牙齿定向。在基于地球的坐标系中表示的lrT的列是基于 牙刷的坐标系的基矢量。在矢量V在基于地球的坐标系中的表示、与它在基于牙刷的坐 标系中的表示tT之间的关系给定如下rV = rT · W。因此，如果形成3D矢量的规格化正交集如下
权利要求
1.一种补偿在刷洗期间的头部移动的用于牙刷的牙齿分区跟踪系统，包括 牙刷，其包括用于确定所述牙刷在用户的口腔中的定向的系统00)；存储的目标信息(22)，用于针对多个所选牙齿分区中的各牙齿分区的牙刷定向； 处理系统(M)，用于一旦牙刷定向信息和目标定向信息二者均在相同坐标系中就比较 所述牙刷定向信息与所述目标定向信息，并且用于确定如果有则哪个目标信息在所选容限 内匹配所述牙刷定向信息；补偿系统(M)，基于在所述牙刷定向信息与先前目标信息之间的差值来产生针对所述 牙齿分区的调节目标信息；以及信息系统( )，用于响应于所述处理系统向所述用户提供关于在所选牙齿分区中的刷 洗的反馈信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述目标信息的形式为针对各牙齿分区的目标定 向范围。
3.根据权利要求2所述的系统，其中对所述目标范围信息的调节少于全差值。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述信息系统向所述用户提供关于在各牙齿分区 中的刷洗花费时间的信息。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述补偿系统包括使用基于所述牙刷相对于预选 牙齿分区的已知初始位置的初始头部位置信息，并且其中通过按照预选时间间隔确定在所 述牙刷定向信息与所述目标范围定向信息之间的差值来按照所述时间间隔更新所述头部 位置信息。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述目标定向范围起初相对于所述用户的头部， 并且其中所述牙刷定向起初相对于基于地球的坐标系。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述目标定向信息和所述目标范围二者在其比较 期间均相对于基于地球的坐标系。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述目标定向信息和所述目标范围二者在其比较 期间均相对于基于头部的坐标系。
9.根据权利要求1所述的系统，其中从所述牙刷提供所述用户反馈信息。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户反馈信息的形式为可听通信。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户反馈信息由与所述牙刷分离的设备提{共。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述用户反馈信息的形式为可听信息或者可视显不。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述分离的设备是牙刷专用设备、PDA或者移动 电话。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述比较和补偿系统使用四元数。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述多个牙齿分区包括以下牙齿划分(1)外牙 齿表面、牙齿咀嚼表面、内牙齿表面；( 上颂、下颂之一；以及C3)右半颂和左半颂之一。
16.根据权利要求1所述的系统，其中通过在所述牙刷定向信息与所述目标定向信息 之间移动的最小旋转角来确定在所述牙刷定向信息与所述目标定向信息之间的差值。
17.根据权利要求1所述的系统，其中使用由位于所述牙刷上的加速度计和磁力计获得的测量来确定所述牙刷定向信息。
18.根据权利要求2所述的系统，其中通过环绕单个旋转轴转动来获得在所述目标定 向范围内的中间定向。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述单个旋转轴平行于基于头部的坐标系的ζ轴ο
20.一种补偿在刷洗期间的头部移动的用于牙刷的牙齿分区跟踪方法，包括步骤 确定00)所述牙刷在用户的口腔中的定向；存储针对多个所选牙齿分区中的各牙齿分区的牙刷定向的目标信息02)； 一旦牙刷定向信息和目标定向信息二者均在相同坐标系中就比较04)所述牙刷定向 信息与所述目标定向信息，并且确定如果有则哪个目标信息在所选容限内匹配所述牙刷定 向信息；基于在所述牙刷定向信息与先前目标信息之间的差值来调节04)针对所述牙齿分区 的目标信息；以及向所述用户提供关于在所选牙齿分区中的刷洗的反馈信息08)。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述目标信息的形式为针对各牙齿分区的目标 定向范围。
22.根据权利要求21所述的方法，其中对所述目标范围信息的调节少于全差值。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述信息系统向用户提供关于在各牙齿分区中 刷洗花费的时间的信息。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述补偿系统包括使用基于所述牙刷相对于预 选牙齿分区的已知初始位置的初始头部位置信息，并且其中通过按照预选时间间隔确定在 所述牙刷定向信息与所述目标范围定向信息之间的差值来按照所述时间间隔更新所述头 部位置信息。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述目标定向范围起初相对于所述用户的头 部，并且其中所述牙刷定向起初相对于基于地球的坐标系。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述目标定向信息和所述目标范围二者在其比 较期间均相对于基于地球的坐标系。
27.根据权利要求20所述的方法，其中从所述牙刷提供所述用户反馈信息。
28.根据权利要求20所述的方法，其中所述用户反馈信息由与所述牙刷分离的设备提{共。
29.根据权利要求20所述的方法，其中通过在所述牙刷定向信息与所述目标定向信息 之间移动的最小旋转角来确定在所述牙刷定向信息与所述目标定向信息之间的差值。
30.根据权利要求20所述的方法，其中使用由位于所述牙刷上的加速度计和磁力计获 得的测量来确定所述牙刷定向信息。
31.根据权利要求21所述的方法，其中通过环绕单个旋转轴转动来获得在所述目标定 向范围内的中间定向。
全文摘要
牙齿位置跟踪系统包括牙刷(30)，该牙刷具有用于基于测量的存储信息来确定牙刷在用户的口腔中相对于地球的定向的系统(20)。在牙刷中存储与针对多个牙齿分区(22)中的各牙齿分区的预计测量的牙刷定向的目标范围有关的信息。处理器(24)在将目标定向信息和测量的牙刷定向信息二者均转换至相同坐标系之后比较测量的牙刷定向信息与目标定向范围。处理器然后确定如果有则哪个目标范围在其所选容限内匹配牙刷定向信息。在目标范围与测量的牙刷定向信息之间的任何差值然后用来部分地调节目标信息范围，以便补偿用户的头部的位置改变。
文档编号G06F17/00GK102065791SQ200980106459
公开日2011年5月18日 申请日期2009年2月19日 优先权日2008年2月27日
发明者H·M·B·贝弗, T·J·伊金克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司