基于口腔健康检测的电动牙刷优化设计研究

王子烨

摘要：目的 通过对电动牙刷的功能、结构及交互APP的再设计，让人们刷牙的同时了解口腔情况，帮助人们尽早地发现口腔问题，并让人们更加关注口腔卫生。方法 以人们的生活习惯和常见的口腔问题为设计导向，以光源感测器为设计原理，结合可持续设计理念，探讨智能电动牙刷的设计思路。通过运用观察法、调查法、数据分析等试验方法，对人们日常刷牙习惯进行记录、评价与分析，并以行为的目的与路径为线索，找出相应过程中人们刷牙而产生的实际问题并分析其原因。结论 通过对电动牙刷的再设计，找到口腔问题的病因，避免人们忽视了口腔问题并拖延口腔治疗的最佳时间，提高人们对口腔健康的关注度。

关键词：口腔检测;电动牙刷;牙石检测;光源感测器

引言：

随着人们生活水平日益提高，口腔问题也逐渐引起人们的重视。就调查显示，口腔治疗患者的主动就诊率仅为62.7%，患者的就诊意识与文化程度和对口腔的焦虑程度成正比，均是在口腔卫生状况较为严重时才进行口腔洁治[1]。从已有文献看，用于口腔检测的设备多用于医院，张海伦等[2]采用机器视觉识别系统，根据口腔病灶的轮廓、颜色、及纹理特征，来分类识别口腔疾病类型，病灶识别准确率可达90%。陈伟[3]将口腔治疗的患者分成两组进行对照实验，对口腔内的PH值进行检验分析，实验表明，用漱口液漱口可以明显改善口腔细菌滋生和口腔舒适度。朱文叙等[4]用A超探头三维重建系统设计的一款超声波口腔健康监测扫描仪，可随时帮助人们检查自己的口腔状况，提供相关的基础口腔咨询，为后续的治疗提供完备的监测数据。但是，国内外对于口腔检测大多依赖于医院的检查设备，普及率较低。大部分电动牙刷品牌都是在振动频率和清除牙菌斑效果方面进行改进升级，部分电动牙刷会有一个与之互联的媒介（如APP），能实时检测到刷牙情况，但是对口腔本身的健康状况没有进行反馈和评价。

在现有电动牙刷的基础上，本研究对电动牙刷的功能、结构以及在APP的呈现形式上进行改进，使之更适用于当代年轻人，让他们及时掌握自己的口腔状况。改进后的电动牙刷能够记录每天的口腔情况，对口腔进行进一步分析，并与食疗进行结合，从根本解决口腔问题。

1.现有产品设计分析

1.1电动牙刷分析

2014年由法国的初创公司Kolibree发布了全球首款智能电动牙刷，白色的外观，整体风格呈流线型，牙刷中的内置传感器能够精确的追踪刷牙位置，记录刷牙时间和每一块区域的牙齿清理数据，并通过蓝牙连接手机APP，为用户提供刷牙指导，该APP还有刷牙数据展示等功能，使用户能更好的掌握自己的口腔健康状况[5]。

随后，传统的电动牙刷品牌，如飞利浦、欧乐b等，也推出了一系列电动牙刷产品，传统品牌能够继续保持其可靠的硬件性能和一流的外观设计等技术优势。后面设计出一款能与与之互联的APP，可以追踪刷牙轨迹，当刷牙压力过大或者有漏刷的情况，会通过APP及时提醒，但是软件与牙刷的价格相比还需要改进。随着2014年国内智能硬件元年开启后，国内的初创公司也对电动牙刷行业持积极态度，并密切关注行业发展，推出国产智能电动牙刷品牌，如清华学院创办的希澈，连接小米智能系统的素士，欧可林等[6]。国产电动牙刷产品与互联网健康平台深度对接，用户服务闭环更加完善。

1.2口腔检测设备分析

口腔检查一般包括颌面部、牙齿、牙龈、舌、涎腺、淋巴结等各个部位。医院用到的口腔设备包括X光成像设备、口腔细菌检测显微镜等。家用检测仪包括牙菌斑检测仪、口气检测仪、酒精呼吸检测仪和家用掃描仪。因为牙菌斑代谢产物卟啉在特定波段紫光照射下发出橙色和红色荧光，利用高分子滤光片就可以看见牙齿表面的牙菌斑[7]。

口腔内窥镜主要由led灯和摄像头组成，可以拍摄口腔内的实况，与上文提到的Prophix智能牙刷有类似之处。该产品可以与手机APP互联，有拍照、录像、放大和缩小功能，可以及时将拍摄的影像传输到手机上。

还有口气检测仪。只要吹口气，就可以检测出口气质量和口腔中的水分含量，测试结果会通过手机APP呈现出来。口臭不仅反映口腔问题，也是整个身体的问题。在口腔中，厌氧细菌分解口腔中剩余的有机物，产生挥发性硫化合物等物质，导致口腔异味[8]。

口气检测仪主要使用内置传感器来检测呼吸中的硫化物、甲硫醇、二硫化氢和其他气体。它还能检测口气中的水分，因为缺水也会导致口臭。然后通过蓝牙将采集到的数据传输到手机上，手机根据数据库进行分析，最后数据结果通过软件算法呈现出来。

2.设计分析

市面上的电动牙刷品牌众多，但是和第一支电动牙刷相比，形态没有太大的区别，大多是一根直的牙刷柄配上一个刷头，功能以减少牙菌斑、改善口腔问题为主。但是根据我国第四次口腔健康流行病学调查显示，有97%的成年人遭受着口腔问题的困扰，其中97%的人患有牙结石，88%的人有龋齿[9]。这一数据与第三次口腔健康流行病学调查数据相比，有口腔问题的人数是下降的，大部分原因是人们对口腔问题逐渐重视，还有一部分原因是电动牙刷的普及。在用电动牙刷的这部分人群中，大部分人还是患有口腔疾病，说明电动牙刷在预防口腔疾病方面做的还远远不够。

牙石是由牙菌斑和口腔细胞碎片钙化形成的。牙石常产生于牙龈下，刺激牙龈组织，导致牙龈炎。而且，牙石形成后，容易被烟、茶等染色，严重影响口腔的美观。牙石的沉积是由少到多逐渐形成的。经常刷牙可以清除牙齿表面沉积的牙石和牙垢[10]。另外，由于精细食品的粘度高和糖分高，更容易沉积在牙齿表面。但是成人每天刷牙两次的概率仅为36.1%，饭后漱口的概率更少。其次，牙龈出血也非常普遍，这是由于没有及时清理口腔，使食物残渣、牙垢和牙石等堆积在牙根部位，产生大量细菌，导致牙龈发炎，这也是口臭的一大原因。

3.设计实例

3.1电动牙刷的技术原理

电动牙刷的核心部件是：声波电动马达、驱动轴、电池、主板和防水设计。声波电动马达主要分为两种，有刷电机和无刷电机，市面上一般无刷电机的性能更优越，质量也更好，相应的价格也更高。

无刷电机和有刷电机既有相似，也有不同。相似之处在于它们都有定子和转子，不同之处在于有刷电机的转子为线圈绕组，与动力输出轴相连，定子为永磁磁钢;无刷电机的转子为永磁磁钢，连同壳体与输出轴相连，定子为绕组线圈，去掉了有刷电机用来交替变换电磁场的换向电刷。

牙石和平时的饮食习惯、刷牙习惯和牙齿本身的状况息息相关。

而去除牙结石最直接有效的方法是到医院进行牙根清洁术，就是我们日常说的洁牙。但是口腔没有达到特别糟糕的状况下患者不会选择去医院，所以在日常刷牙时就检测到口腔内牙石和牙菌斑的分布。

牙石一開始是柔软的乳白色软垢，随着钙化逐渐变硬。由75%磷酸钙、15%～25%的水、有机物、磷酸锰、磷酸钙及微量钾、钠、铁组成。由于牙石和牙菌斑和牙齿的构成元素不同，根据预定的光谱值对牙齿进行分析。

3.2电动牙刷方案设计

此款电动牙刷与普通电动牙刷不同的是，可替换部位并不是在刷体和刷柄之间，而是在刷毛和刷体中间，当刷毛需要更换时，只需将刷毛换下即可。这样拆分零部件能够节省材料，将刷体与刷柄设计成一个整体，同时为牙石检测器提供了安装点。牙刷顶部配有发射激光源，牙刷体内有电信号提取装置，将反射回来的电信号进行数据分析处理。分析装置位于充电底座，充电底座配有一个显示屏，能够将口腔内的牙石状况进行可视化处理，让用户每次刷完牙便可以看到口腔内牙石的数量和等级。如果想要获得进一步的分析数据或者选择进一步治疗，可使用与之配对的APP。APP能够记录每日的刷牙时长、刷牙习惯和口腔整体状况，并记录用户的口腔治疗，为用户制定刷牙方式和治疗计划。下图为牙刷模型（图3-2）和app界面（图3-3）展示。

4.结语

本研究旨在通过对电动牙刷的优化设计，提高人们对口腔健康的关注度，为人们的口腔问题寻求更好的解决途径。研究通过前期调研与分析，将电动牙刷与充电底座进行重新定位设计，以方便用户观察自己的口腔状况，能及时发现并处理。该设计以检测牙石数量为主，根据每日的刷牙习惯进行初步分析，找出影响牙齿健康的原因。

为用户提供更方便的日用护理产品，是提高人们身体健康的重要的手段，也是整个社会发展进步的标志。随着科技的进步，智能电动牙刷的功能越来越完善，本研究以提高用户的口腔健康为研究目标，以期通过设计实践解决人们忽视口腔健康的现状，并对未来电动牙刷的设计方向给出建议。

参考文献：

[1]古秋华，刘雪梅.口腔洁治患者就诊意识的影响因素分析.中外医学研究，2020，18（10）：162-164.

[2]张海伦，林立桂，陈政良，周荣欣，周天平.口腔病灶的机器视觉检测与识别[J].自动化技术与应用，2020，39（07）：119-124.

[3]陈伟.基于口腔护理的PH值检测分析.饮食科学，2019（4）：228-228.

[4]朱文叙，陈世栋.基于用户体验的口腔健康检测扫描仪设计研究[J].工业设计研究，2018（00）：275-283.

[5]李音.智能电动牙刷的设计趋势探究[J].设计，2018（05）：106-107.