[發明專利]一種基于慣性傳感器的沖牙質量檢測評估系統及方法

在審

• 申請號: 201910696148.6
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110265135A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 牛建偉;范博宇;歐陽真超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學杭州創新研究院
• 主分類號: G16H40/63
• 分類號: G16H40/63;G16H10/60;A61C17/02;G06N3/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發明提出一種基于慣性傳感器的沖牙質量檢測評估系統及方法，用于沖牙監測的應用領域。本系統包括安裝在沖牙器手柄上的慣性傳感器、藍牙通信模塊和微型單片機，安裝在智能設備上的口腔智能衛士應用程序APP，以及Web云平臺。本方法通過慣性傳感器采集用戶沖牙過程中的三軸加速度和角速度，對每軸數據進行分片和特征提取；然后利用標定的特征數據集進行機器學習模型訓練，獲得分類效果最好的幾個模型；對模型的輸入向量進行降維后保存在智能設備上使用。本發明所使用的硬件設備簡單、成本低，便于普及，通過學習傳感器數據與口腔區域的映射關系定位到用戶當前清洗的牙面，實現了沖牙區域的檢測，填補了沖牙領域缺乏智能檢測系統的不足。

技術領域

本發明涉及傳感器、信號處理、移動計算和人工智能技術領域，具體是一種基于慣性傳感器的沖牙質量檢測評估系統及方法。

背景技術

隨著社會不斷進步，現代生活節奏的不斷加快，以及日漸豐富的各種娛樂活動，人們對事業和生活投入了更多的精力和時間，但對自身健康問題的重視程度有所下降，城市不斷增長的亞健康人口數量就是表現之一。其中，口腔健康被忽視的現象也日益顯著。科學規范的刷牙是保持口腔衛生的基本方法；然而，在牙齦邊緣，以及牙與牙之間的縫隙等區域最易藏污納垢，也是最容易引起牙齒及牙齦疾病的區域。有研究指出“有多達40％的牙齒表面無法用牙刷清潔”，主要包括牙齦溝和牙縫兩個區域。雖然用牙線(或牙簽)能夠清除牙齒表面堆積物，但微觀上，凸凹不平的牙齒表面無法通過這種方式實現完全清潔。通過增壓驅動水流進行清潔，既能夠更加全面徹底的清理不平整的牙齒表面，又能夠通過流體的變化覆蓋牙刷和壓線難以清潔的牙齒死角，從原理上講是最理想的口腔清潔方式。據美國有關機構研究顯示，帶有壓力的水柱能沖進牙齦溝到50-90％的深度，實現牙齦邊緣縫隙的清潔。壓力水柱不僅能清潔到各種縫隙孔洞和凸凹面，而且其效果可以達到微觀的徹底“清潔”而不只是宏觀的粗略“清除”，從而提高口腔清潔的總體水平。

沖牙器(又名水牙線)，通過壓縮空氣給水流施壓，以脈沖水流沖擊的方式來清潔牙齒、牙縫；沖牙器除有清潔牙齒口腔的功能外，水流對牙齦還有按摩作用，幫助促進牙齦的血液循環，增強局部組織抗病力，同時還能消除因口腔衛生問題產生的口臭。沖牙器的高速水流有其獨特的清潔保健功能并且用法簡單，它可以有效的減少牙刷、牙線和牙簽在口腔清潔過程中造成的出血現象；同時，由于其使用液體的清潔方式，它也被廣泛用于牙齒矯正患者的口腔清潔。

刷牙需要有正確的方法，使用水牙線亦如此。不規范的沖牙過程可能會造成部分區域清潔過度，而部分區域清潔力度不足。不同于一些智能電動牙刷可以記錄和檢測用戶的刷牙狀況，當前市面上的水牙線還不能檢測識別用戶的動作，也不具備相關的記錄功能。檢測記錄功能可以幫助用戶了解自己的沖牙過程，合適的反饋可以讓他們口腔清潔過程更高效，同時相關的記錄數據也可以作為臨床的一些參考信息，供牙醫進行治療方案的制定和病情評估。

發明內容

本發明針對目前缺少對用戶沖牙相關動作及沖牙效果的記錄和檢測，為用戶的沖牙提供一種基于慣性傳感器的沖牙質量檢測評估系統及方法，使用安裝在噴頭握把上的慣性傳感器來檢測用戶在沖牙過程中的手部/握把動作，不同動作模式對應不同的沖牙區域，利用機器學習建模的方法學習“傳感器數據—手部姿勢—沖牙區域”之間的映射關系，從而實現對用戶的沖牙過程進行實時檢測、記錄和評估。

本發明提供的一種基于慣性傳感器的沖牙質量檢測系統，包括：安裝在沖牙器手柄上的慣性傳感器、藍牙通信模塊和微型單片機，安裝在智能設備上的口腔智能衛士應用程序APP以及Web云平臺。

所述的慣性傳感器包含三軸加速度傳感器和三軸角速度傳感器，用于獲取用戶沖牙過程中的手部動作信息，采集三軸加速度和三軸角速度的數據。所述的藍牙通信模塊用于沖牙器和設備端應用程序之間進行數據傳送。所述的微型單片機對慣性傳感器采集的數據進行解包和量程轉換，輸出的數據通過藍牙通信模塊傳輸給智能設備端。