基于口腔健康檢測的電動牙刷優(yōu)化設(shè)計研究

王子燁

摘要：目的 通過對電動牙刷的功能、結(jié)構(gòu)及交互APP的再設(shè)計，讓人們刷牙的同時了解口腔情況，幫助人們盡早地發(fā)現(xiàn)口腔問題，并讓人們更加關(guān)注口腔衛(wèi)生。方法 以人們的生活習(xí)慣和常見的口腔問題為設(shè)計導(dǎo)向，以光源感測器為設(shè)計原理，結(jié)合可持續(xù)設(shè)計理念，探討智能電動牙刷的設(shè)計思路。通過運用觀察法、調(diào)查法、數(shù)據(jù)分析等試驗方法，對人們?nèi)粘Ｋ⒀懒?xí)慣進(jìn)行記錄、評價與分析，并以行為的目的與路徑為線索，找出相應(yīng)過程中人們刷牙而產(chǎn)生的實際問題并分析其原因。結(jié)論 通過對電動牙刷的再設(shè)計，找到口腔問題的病因，避免人們忽視了口腔問題并拖延口腔治療的最佳時間，提高人們對口腔健康的關(guān)注度。

關(guān)鍵詞：口腔檢測;電動牙刷;牙石檢測;光源感測器

引言：

隨著人們生活水平日益提高，口腔問題也逐漸引起人們的重視。就調(diào)查顯示，口腔治療患者的主動就診率僅為62.7%，患者的就診意識與文化程度和對口腔的焦慮程度成正比，均是在口腔衛(wèi)生狀況較為嚴(yán)重時才進(jìn)行口腔潔治[1]。從已有文獻(xiàn)看，用于口腔檢測的設(shè)備多用于醫(yī)院，張海倫等[2]采用機(jī)器視覺識別系統(tǒng)，根據(jù)口腔病灶的輪廓、顏色、及紋理特征，來分類識別口腔疾病類型，病灶識別準(zhǔn)確率可達(dá)90%。陳偉[3]將口腔治療的患者分成兩組進(jìn)行對照實驗，對口腔內(nèi)的PH值進(jìn)行檢驗分析，實驗表明，用漱口液漱口可以明顯改善口腔細(xì)菌滋生和口腔舒適度。朱文敘等[4]用A超探頭三維重建系統(tǒng)設(shè)計的一款超聲波口腔健康監(jiān)測掃描儀，可隨時幫助人們檢查自己的口腔狀況，提供相關(guān)的基礎(chǔ)口腔咨詢，為后續(xù)的治療提供完備的監(jiān)測數(shù)據(jù)。但是，國內(nèi)外對于口腔檢測大多依賴于醫(yī)院的檢查設(shè)備，普及率較低。大部分電動牙刷品牌都是在振動頻率和清除牙菌斑效果方面進(jìn)行改進(jìn)升級，部分電動牙刷會有一個與之互聯(lián)的媒介（如APP），能實時檢測到刷牙情況，但是對口腔本身的健康狀況沒有進(jìn)行反饋和評價。

在現(xiàn)有電動牙刷的基礎(chǔ)上，本研究對電動牙刷的功能、結(jié)構(gòu)以及在APP的呈現(xiàn)形式上進(jìn)行改進(jìn)，使之更適用于當(dāng)代年輕人，讓他們及時掌握自己的口腔狀況。改進(jìn)后的電動牙刷能夠記錄每天的口腔情況，對口腔進(jìn)行進(jìn)一步分析，并與食療進(jìn)行結(jié)合，從根本解決口腔問題。

1.現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計分析

1.1電動牙刷分析

2014年由法國的初創(chuàng)公司Kolibree發(fā)布了全球首款智能電動牙刷，白色的外觀，整體風(fēng)格呈流線型，牙刷中的內(nèi)置傳感器能夠精確的追蹤刷牙位置，記錄刷牙時間和每一塊區(qū)域的牙齒清理數(shù)據(jù)，并通過藍(lán)牙連接手機(jī)APP，為用戶提供刷牙指導(dǎo)，該APP還有刷牙數(shù)據(jù)展示等功能，使用戶能更好的掌握自己的口腔健康狀況[5]。

隨后，傳統(tǒng)的電動牙刷品牌，如飛利浦、歐樂b等，也推出了一系列電動牙刷產(chǎn)品，傳統(tǒng)品牌能夠繼續(xù)保持其可靠的硬件性能和一流的外觀設(shè)計等技術(shù)優(yōu)勢。后面設(shè)計出一款能與與之互聯(lián)的APP，可以追蹤刷牙軌跡，當(dāng)刷牙壓力過大或者有漏刷的情況，會通過APP及時提醒，但是軟件與牙刷的價格相比還需要改進(jìn)。隨著2014年國內(nèi)智能硬件元年開啟后，國內(nèi)的初創(chuàng)公司也對電動牙刷行業(yè)持積極態(tài)度，并密切關(guān)注行業(yè)發(fā)展，推出國產(chǎn)智能電動牙刷品牌，如清華學(xué)院創(chuàng)辦的希澈，連接小米智能系統(tǒng)的素士，歐可林等[6]。國產(chǎn)電動牙刷產(chǎn)品與互聯(lián)網(wǎng)健康平臺深度對接，用戶服務(wù)閉環(huán)更加完善。

1.2口腔檢測設(shè)備分析

口腔檢查一般包括頜面部、牙齒、牙齦、舌、涎腺、淋巴結(jié)等各個部位。醫(yī)院用到的口腔設(shè)備包括X光成像設(shè)備、口腔細(xì)菌檢測顯微鏡等。家用檢測儀包括牙菌斑檢測儀、口氣檢測儀、酒精呼吸檢測儀和家用掃描儀。因為牙菌斑代謝產(chǎn)物卟啉在特定波段紫光照射下發(fā)出橙色和紅色熒光，利用高分子濾光片就可以看見牙齒表面的牙菌斑[7]。

口腔內(nèi)窺鏡主要由led燈和攝像頭組成，可以拍攝口腔內(nèi)的實況，與上文提到的Prophix智能牙刷有類似之處。該產(chǎn)品可以與手機(jī)APP互聯(lián)，有拍照、錄像、放大和縮小功能，可以及時將拍攝的影像傳輸?shù)绞謾C(jī)上。

還有口氣檢測儀。只要吹口氣，就可以檢測出口氣質(zhì)量和口腔中的水分含量，測試結(jié)果會通過手機(jī)APP呈現(xiàn)出來。口臭不僅反映口腔問題，也是整個身體的問題。在口腔中，厭氧細(xì)菌分解口腔中剩余的有機(jī)物，產(chǎn)生揮發(fā)性硫化合物等物質(zhì)，導(dǎo)致口腔異味[8]。

口氣檢測儀主要使用內(nèi)置傳感器來檢測呼吸中的硫化物、甲硫醇、二硫化氫和其他氣體。它還能檢測口氣中的水分，因為缺水也會導(dǎo)致口臭。然后通過藍(lán)牙將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)上，手機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，最后數(shù)據(jù)結(jié)果通過軟件算法呈現(xiàn)出來。

2.設(shè)計分析

市面上的電動牙刷品牌眾多，但是和第一支電動牙刷相比，形態(tài)沒有太大的區(qū)別，大多是一根直的牙刷柄配上一個刷頭，功能以減少牙菌斑、改善口腔問題為主。但是根據(jù)我國第四次口腔健康流行病學(xué)調(diào)查顯示，有97%的成年人遭受著口腔問題的困擾，其中97%的人患有牙結(jié)石，88%的人有齲齒[9]。這一數(shù)據(jù)與第三次口腔健康流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)相比，有口腔問題的人數(shù)是下降的，大部分原因是人們對口腔問題逐漸重視，還有一部分原因是電動牙刷的普及。在用電動牙刷的這部分人群中，大部分人還是患有口腔疾病，說明電動牙刷在預(yù)防口腔疾病方面做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

牙石是由牙菌斑和口腔細(xì)胞碎片鈣化形成的。牙石常產(chǎn)生于牙齦下，刺激牙齦組織，導(dǎo)致牙齦炎。而且，牙石形成后，容易被煙、茶等染色，嚴(yán)重影響口腔的美觀。牙石的沉積是由少到多逐漸形成的。經(jīng)常刷牙可以清除牙齒表面沉積的牙石和牙垢[10]。另外，由于精細(xì)食品的粘度高和糖分高，更容易沉積在牙齒表面。但是成人每天刷牙兩次的概率僅為36.1%，飯后漱口的概率更少。其次，牙齦出血也非常普遍，這是由于沒有及時清理口腔，使食物殘渣、牙垢和牙石等堆積在牙根部位，產(chǎn)生大量細(xì)菌，導(dǎo)致牙齦發(fā)炎，這也是口臭的一大原因。

3.設(shè)計實例

3.1電動牙刷的技術(shù)原理

電動牙刷的核心部件是：聲波電動馬達(dá)、驅(qū)動軸、電池、主板和防水設(shè)計。聲波電動馬達(dá)主要分為兩種，有刷電機(jī)和無刷電機(jī)，市面上一般無刷電機(jī)的性能更優(yōu)越，質(zhì)量也更好，相應(yīng)的價格也更高。

無刷電機(jī)和有刷電機(jī)既有相似，也有不同。相似之處在于它們都有定子和轉(zhuǎn)子，不同之處在于有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子為線圈繞組，與動力輸出軸相連，定子為永磁磁鋼;無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁磁鋼，連同殼體與輸出軸相連，定子為繞組線圈，去掉了有刷電機(jī)用來交替變換電磁場的換向電刷。

牙石和平時的飲食習(xí)慣、刷牙習(xí)慣和牙齒本身的狀況息息相關(guān)。

而去除牙結(jié)石最直接有效的方法是到醫(yī)院進(jìn)行牙根清潔術(shù)，就是我們?nèi)粘Ｕf的潔牙。但是口腔沒有達(dá)到特別糟糕的狀況下患者不會選擇去醫(yī)院，所以在日常刷牙時就檢測到口腔內(nèi)牙石和牙菌斑的分布。

牙石一開始是柔軟的乳白色軟垢，隨著鈣化逐漸變硬。由75%磷酸鈣、15%～25%的水、有機(jī)物、磷酸錳、磷酸鈣及微量鉀、鈉、鐵組成。由于牙石和牙菌斑和牙齒的構(gòu)成元素不同，根據(jù)預(yù)定的光譜值對牙齒進(jìn)行分析。

3.2電動牙刷方案設(shè)計

此款電動牙刷與普通電動牙刷不同的是，可替換部位并不是在刷體和刷柄之間，而是在刷毛和刷體中間，當(dāng)刷毛需要更換時，只需將刷毛換下即可。這樣拆分零部件能夠節(jié)省材料，將刷體與刷柄設(shè)計成一個整體，同時為牙石檢測器提供了安裝點。牙刷頂部配有發(fā)射激光源，牙刷體內(nèi)有電信號提取裝置，將反射回來的電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。分析裝置位于充電底座，充電底座配有一個顯示屏，能夠?qū)⒖谇粌?nèi)的牙石狀況進(jìn)行可視化處理，讓用戶每次刷完牙便可以看到口腔內(nèi)牙石的數(shù)量和等級。如果想要獲得進(jìn)一步的分析數(shù)據(jù)或者選擇進(jìn)一步治療，可使用與之配對的APP。APP能夠記錄每日的刷牙時長、刷牙習(xí)慣和口腔整體狀況，并記錄用戶的口腔治療，為用戶制定刷牙方式和治療計劃。下圖為牙刷模型（圖3-2）和app界面（圖3-3）展示。

4.結(jié)語

本研究旨在通過對電動牙刷的優(yōu)化設(shè)計，提高人們對口腔健康的關(guān)注度，為人們的口腔問題尋求更好的解決途徑。研究通過前期調(diào)研與分析，將電動牙刷與充電底座進(jìn)行重新定位設(shè)計，以方便用戶觀察自己的口腔狀況，能及時發(fā)現(xiàn)并處理。該設(shè)計以檢測牙石數(shù)量為主，根據(jù)每日的刷牙習(xí)慣進(jìn)行初步分析，找出影響牙齒健康的原因。

為用戶提供更方便的日用護(hù)理產(chǎn)品，是提高人們身體健康的重要的手段，也是整個社會發(fā)展進(jìn)步的標(biāo)志。隨著科技的進(jìn)步，智能電動牙刷的功能越來越完善，本研究以提高用戶的口腔健康為研究目標(biāo)，以期通過設(shè)計實踐解決人們忽視口腔健康的現(xiàn)狀，并對未來電動牙刷的設(shè)計方向給出建議。

參考文獻(xiàn)：

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