基于口腔健康檢測的電動牙刷優化設計研究

王子燁

摘要：目的 通過對電動牙刷的功能、結構及交互APP的再設計，讓人們刷牙的同時了解口腔情況，幫助人們盡早地發現口腔問題，并讓人們更加關注口腔衛生。方法 以人們的生活習慣和常見的口腔問題為設計導向，以光源感測器為設計原理，結合可持續設計理念，探討智能電動牙刷的設計思路。通過運用觀察法、調查法、數據分析等試驗方法，對人們日常刷牙習慣進行記錄、評價與分析，并以行為的目的與路徑為線索，找出相應過程中人們刷牙而產生的實際問題并分析其原因。結論 通過對電動牙刷的再設計，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注度。

關鍵詞：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，均是在口腔衛生狀況較為嚴重時才進行口腔潔治[1]。從已有文獻看，用于口腔檢測的設備多用于醫院，張海倫等[2]采用機器視覺識別系統，根據口腔病灶的輪廓、顏色、及紋理特征，來分類識別口腔疾病類型，病灶識別準確率可達90%。陳偉[3]將口腔治療的患者分成兩組進行對照實驗，對口腔內的PH值進行檢驗分析，實驗表明，用漱口液漱口可以明顯改善口腔細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設計的一款超聲波口腔健康監測掃描儀，可隨時幫助人們檢查自己的口腔狀況，提供相關的基礎口腔咨詢，為后續的治療提供完備的監測數據。但是，國內外對于口腔檢測大多依賴于醫院的檢查設備，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行改進升級，部分電動牙刷會有一個與之互聯的媒介（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行反饋和評價。

在現有電動牙刷的基礎上，本研究對電動牙刷的功能、結構以及在APP的呈現形式上進行改進，使之更適用于當代年輕人，讓他們及時掌握自己的口腔狀況。改進后的電動牙刷能夠記錄每天的口腔情況，對口腔進行進一步分析，并與食療進行結合，從根本解決口腔問題。

1.現有產品設計分析

1.1電動牙刷分析

2014年由法國的初創公司Kolibree發布了全球首款智能電動牙刷，白色的外觀，整體風格呈流線型，牙刷中的內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域的牙齒清理數據，并通過藍牙連接手機APP，為用戶提供刷牙指導，該APP還有刷牙數據展示等功能，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品，傳統品牌能夠繼續保持其可靠的硬件性能和一流的外觀設計等技術優勢。后面設計出一款能與與之互聯的APP，可以追蹤刷牙軌跡，當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。隨著2014年國內智能硬件元年開啟后，國內的初創公司也對電動牙刷行業持積極態度，并密切關注行業發展，推出國產智能電動牙刷品牌，如清華學院創辦的希澈，連接小米智能系統的素士，歐可林等[6]。國產電動牙刷產品與互聯網健康平臺深度對接，用戶服務閉環更加完善。

1.2口腔檢測設備分析

口腔檢查一般包括頜面部、牙齒、牙齦、舌、涎腺、淋巴結等各個部位。醫院用到的口腔設備包括X光成像設備、口腔細菌檢測顯微鏡等。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。因為牙菌斑代謝產物卟啉在特定波段紫光照射下發出橙色和紅色熒光，利用高分子濾光片就可以看見牙齒表面的牙菌斑[7]。

口腔內窺鏡主要由led燈和攝像頭組成，可以拍攝口腔內的實況，與上文提到的Prophix智能牙刷有類似之處。該產品可以與手機APP互聯，有拍照、錄像、放大和縮小功能，可以及時將拍攝的影像傳輸到手機上。

還有口氣檢測儀。只要吹口氣，就可以檢測出口氣質量和口腔中的水分含量，測試結果會通過手機APP呈現出來。口臭不僅反映口腔問題，也是整個身體的問題。在口腔中，厭氧細菌分解口腔中剩余的有機物，產生揮發性硫化合物等物質，導致口腔異味[8]。

口氣檢測儀主要使用內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，因為缺水也會導致口臭。然后通過藍牙將采集到的數據傳輸到手機上，手機根據數據庫進行分析，最后數據結果通過軟件算法呈現出來。

2.設計分析

市面上的電動牙刷品牌眾多，但是和第一支電動牙刷相比，形態沒有太大的區別，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。但是根據我國第四次口腔健康流行病學調查顯示，有97%的成年人遭受著口腔問題的困擾，其中97%的人患有牙結石，88%的人有齲齒[9]。這一數據與第三次口腔健康流行病學調查數據相比，有口腔問題的人數是下降的，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，說明電動牙刷在預防口腔疾病方面做的還遠遠不夠。

牙石是由牙菌斑和口腔細胞碎片鈣化形成的。牙石常產生于牙齦下，刺激牙齦組織，導致牙齦炎。而且，牙石形成后，容易被煙、茶等染色，嚴重影響口腔的美觀。牙石的沉積是由少到多逐漸形成的。經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，產生大量細菌，導致牙齦發炎，這也是口臭的一大原因。

3.設計實例

3.1電動牙刷的技術原理

電動牙刷的核心部件是：聲波電動馬達、驅動軸、電池、主板和防水設計。聲波電動馬達主要分為兩種，有刷電機和無刷電機，市面上一般無刷電機的性能更優越，質量也更好，相應的價格也更高。

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

牙石和平時的飲食習慣、刷牙習慣和牙齒本身的狀況息息相關。

而去除牙結石最直接有效的方法是到醫院進行牙根清潔術，就是我們日常說的潔牙。但是口腔沒有達到特別糟糕的狀況下患者不會選擇去醫院，所以在日常刷牙時就檢測到口腔內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成元素不同，根據預定的光譜值對牙齒進行分析。

3.2電動牙刷方案設計

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省材料，將刷體與刷柄設計成一個整體，同時為牙石檢測器提供了安裝點。牙刷頂部配有發射激光源，牙刷體內有電信號提取裝置，將反射回來的電信號進行數據分析處理。分析裝置位于充電底座，充電底座配有一個顯示屏，能夠將口腔內的牙石狀況進行可視化處理，讓用戶每次刷完牙便可以看到口腔內牙石的數量和等級。如果想要獲得進一步的分析數據或者選擇進一步治療，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.結語

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

為用戶提供更方便的日用護理產品，是提高人們身體健康的重要的手段，也是整個社會發展進步的標志。隨著科技的進步，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，以期通過設計實踐解決人們忽視口腔健康的現狀，并對未來電動牙刷的設計方向給出建議。

參考文獻：

[1]古秋華，劉雪梅.口腔潔治患者就診意識的影響因素分析.中外醫學研究，2020，18（10）：162-164.

[2]張海倫，林立桂，陳政良，周榮欣，周天平.口腔病灶的機器視覺檢測與識別[J].自動化技術與應用，2020，39（07）：119-124.

[3]陳偉.基于口腔護理的PH值檢測分析.飲食科學，2019（4）：228-228.

[4]朱文敘，陳世棟.基于用戶體驗的口腔健康檢測掃描儀設計研究[J].工業設計研究，2018（00）：275-283.

[5]李音.智能電動牙刷的設計趨勢探究[J].設計，2018（05）：106-107.