刷头、牙刷、分析系统及其操作方法与流程

1.本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的刷头、和用于监测健康状态的牙刷、以及分析系统和其操作方法。


背景技术：

2.us 6,623,698 b公开了用于检测血糖、怀孕、hiv等的装置。该牙刷采用一个和/或多个可互换的牙刷附件。附件具有集成传感器。
3.传感器是光学传感器或电传感器。出版物公开了时序测量，所述时序测量具有进行唾液收集和测量的第一时间阶段和仅进行刷牙的随后的第二时间阶段。
4.尽管该出版物以及因此相关技术已经已知一段时间，但用它实现的产品尚未商业化。一个可能的原因可以从刷子中使用的传感器类型中看出。如果在上述刷头中使用具有几天的使用期限短的生物传感器，刷头的更换时间间隔会很短。
5.另一方面，必须特别注意牙科的卫生。此外，一些传感器在使用短时间后不再可靠，通常甚至使用一次。


技术实现要素：

6.基于此，本发明的目的是提供具有带有集成且可互换的传感器单元的刷头的牙刷。
7.本发明通过具有权利要求1的特征的刷头解决了这个问题。
8.根据本发明的牙刷的刷头具有用于机械清洁牙齿的一个或多个装置。在优选实施例中，这些在下文被描述为用于清洁牙齿的多根刷毛。通常，这些刷毛沿正面布置。
9.然而，在本发明的范围内，可替代地或除了所述刷毛之外，一种或多种其他装置用于牙齿的机械清洁也是可能的。这种或这些装置尤其可以包括海绵、垫、一个或多个微纤维结构或一个或多个振动元件。因此，具有微纤维结构的刷子是具有织物而不是刷毛的织物刷，或具有海绵结构而不是刷毛的海绵刷，或具有一个或多个振动元件的振动刷。
10.下面的进一步描述基于具有刷毛的优选实施例，但是当然也可以使用所描述的其他装置。
11.此外，刷头具有用于监测使用者的健康状态的传感器装置。在本发明的上下文中，健康被理解为指病原体(诸如病毒、真菌和/或细菌)的存在和集中，以及癌、心血管疾病、胃溃疡、反流、糖尿病或生育状态(例如即将排卵，或者使用者的怀孕状态)的存在。上面的列表并不详尽，但可以通过其他示例进行补充。
12.健康状态的监测可以通过测量病原体(诸如细菌、病毒等的浓度)，或者例如通过检测身体的防御反应(诸如抗体的检测)来提供。其他测量值，诸如温度和/或电导率，也可以单独使用或与其他测量数据结合使用，以监测健康状态。
13.健康状态的监测可以可选地并且优选地基于在健康状态下创建的个性化健康档案进行，例如，去看医生。在这种情况下，始终可以将测量值的变化与这个健康档案进行比
较。
14.与现有技术相比，传感器单元可互换地布置在牙刷的刷头上或刷头中。传感器单元可以是传感器装置的一部分，所述传感器布置也可以被设计为可互换的。
15.刷头本身可以可互换地布置在牙刷的手柄上，或者它可以永久地连接到牙刷上。通常，刷头的更换周期为1个多月后，例如每3-4个月，而传感器单元或传感器组件应优选在每次测量或几次测量后更换。
16.传感器布置可以具有几个不同的传感器单元。当更换传感器装置时，因此可以同时更换几个传感器单元。还有其他传感器单元可以永久地、即不可互换地连接到刷头和/或牙刷的柄部。
17.传感器单元可以位于刷头的侧面、背面上或甚至刷毛之间，类似于筛子。
18.使用可互换的一次性传感器单元，以及特别优选地，使用可互换的一次性传感器装置能够例如使指示器(例如指示染料或生物标志物)单次和计量输送到上述传感器单元。这同样适用于ph测量。此后，可以更换传感器单元或传感器装置。因此，传感器单元和/或传感器装置不需要特别坚固地设计用于重复使用，而是可以以小型化的形式实现。
19.如果在测量期间试剂或传感器单元作为一个整体被消耗和/或损坏，则可互换性是特别有利的。
20.刷头的有利设计是从属权利要求的主题。
21.有利地，刷头可以具有用于将可互换传感器单元或可互换传感器装置，例如生物传感器接合到刷头的所谓的传感器适配器，特别是单向、双向或三向适配器(三通接线夹)。
22.刷头可以优选地具有带有特别是呈球形、优选镀金的接触元件的形式的触点的电气接口，所述触点布置为矩阵。矩阵可以具有线性一维阵列或设计为二维矩阵。优选地，矩阵被密封以防止液体，包括唾液或具有相应ip等级(例如，ip67)的唾液。优选地，提供所谓的bga触点(球栅阵列或球栅结构)作为接触元件。除了上述bga触点之外或作为其替代，还可以提供引脚和/或片晶。因此，可以提供总共几个连接器/接口触点，其优选地呈bga触点、引脚和/或片晶的形式。
23.刷头，特别是传感器单元或传感器装置可以具有至少一个储存器和/或供应管线用于输送物质，特别是生物标志物，例如功能分子、例如配基的结合物质和/或例如发光体、特别是荧光团的指示化合物。在配基的情况下，配基可以与唾液中的其他分子和传感器表面形成键合。相应的配体-受体相互作用和相应的结合分子在elisa测试(酶联免疫吸附测定)的应用领域中是已知的并且在本发明的上下文中也可以用作配基。
24.如果传感器单元或具体优选包括几个传感器单元的传感器装置被设计为薄层传感器单元或装置或者薄膜传感器单元或装置或者传感器芯片，则这是有利的。以这种方式，实现了传感器装置的小型化，并且刷头只需为传感器装置或传感器单元提供少量空间。可替代地或附加地，传感器装置可以通过微技术工艺附加地和/或消减地形成，例如通过光刻、软光刻、3d打印、打印、丝网印刷和/或立体光刻制造。
25.传感器装置可以有利地具有至少两个、优选地至少三个传感器单元，用于确定唾液的至少两种物质特性，优选唾液的三种物质特性，特别是至少一种物理物质特性和至少一种化学、生化和/或生物物质特性。疾病形成的趋势可以从确定的物质特性中得出。
26.传感器装置可以具有第一传感器单元，用于确定介质或唾液的电压等效测量值，
特别是介质的电阻值或介质的电导率值。第一传感器单元可以附加地或可替代地被设计成以一个或多个频率和/或频带执行唾液的阻抗测量，和/或执行基于电流或电荷的动态测量。也可以进行恒电位测量。
27.特别地，第一传感器单元可以确定电阻抗值，其中可以优选地在几个频率和/或频带上确定阻抗值。直流电阻作为直流值包含在阻抗中。有效电阻r是复数阻抗的与频率无关的实数部分z(f)＝r jx(f)。由于涂层电极和电解质的电容特性(电极充电、电极表面、绝缘、电解质/体液的介电常数)，涂层电极和电解质导致生物传感器的复数阻抗。还可以进行时间(动态)电压和/或电流测量和/或电荷测量(库仑)来确定电压等效电阻值。也可以执行上述量的基于模型的确定。
28.有利地，传感器装置具有用于确定唾液的ph值的至少第二传感器单元。
29.同样有利地，传感器装置可以具有第三传感器单元，其中第三传感器单元被设计为生物传感器。电动刷头通常使用较长时间段，例如30-80天，这在带有涂层电极的生物传感器或甚至光学传感器的情况下不是现实的应用期限。测量失去准确性、稳定性、特异性、选择性，并且仅在几天后可能变得无法使用。
30.在本发明的优选实施例变型中，生物传感器形成为激素、酶、肽和/或蛋白质传感器，包括抗原和/或抗体传感器，并且更优选为乳酸传感器、葡萄糖传感器、gaba传感器、iga传感器、溶菌酶传感器、igg传感器、igm传感器、il-6传感器、crp传感器、tnf-a传感器和/或α巨球蛋白传感器。这些化合物是牙周病、牙周炎、糖尿病和/或心血管疾病的指标。可替代地或附加地，生物传感器可以形成为用于检测疾病的代谢物的一个或多个传感器。
31.致病细菌可以理解为优选引起牙周病和/或龋齿的细菌，优选中间普氏菌、牙龈卟啉单胞菌、福赛斯坦纳菌、齿垢密螺旋体和与侵袭性牙周炎相关联的伴放线菌聚集杆菌，它们产生可检测的代谢物。然而，也可以测量其他疾病的代谢物，例如诸如sars冠状病毒病或流感病毒的病毒，以及感冒或口腔气管癌的其他病原体。还可检测到各种病原体，诸如细菌、病毒以及真菌，尤其是霉菌。
32.优选地，第三传感器单元或附加传感器单元可以检测每个临床图片的不同代谢物或分析物，以排除假阴性测量。
33.传感器装置和/或单个传感器单元可以例如通过夹紧、锁定和/或按压形状配合或非形状配合地布置在刷头的背离刷毛的一侧上。
34.此外，可以提供例如包括上述适配器的机械和/或电气接口。在该位置处，可以在传感器装置和/或传感器单元与刷头之间设置锁定机构，使得只有在锁定机构致动之后才能进行更换。
35.在信号处理期间，原始信号或原始数据也可以优选地以足够高的采样-优选地在10至1000hz的范围内并且在优选地至少一分钟的更长的时间段内进行处理。时间段也可以超过4分钟，并且可以取决于牙刷的状态进行采样。例如，如果在使用电动牙刷进行超声波治疗期间执行扫描，则可以在静止状态下选择与振动主动模式不同的时间段(以避免振动对su测量的干扰影响)。在主动振动过程中采样的情况下，也可以使用先进信号处理(dsp)来滤除或补偿干扰，使得执行干扰或运动振幅的切换或补偿。为此，可以估计或确定扰动，并对信号进行补偿和/或调整，如在前馈干扰补偿方案(从控制工程已知)或自适应噪声消除器(从dsp-数字信号处理：widrow的自适应噪声消除器、回声消除器、自适应lms滤波器已
知)方案中那样。
36.具有生物传感器的可互换传感器单元将根据所形成的氧化还原反应提供电化学信号，所述氧化还原反应以优选特定的方式形成到目标生物标志物生物传感器。由于该单元应该以可靠的方式(具有适当的精度和稳定性)优选地在多次测量中和/或在多天提供读数，因此先进信号处理方法是有利的。
37.各种当前的电化学生物传感器通常需要在10-30分钟的时间间隔内在测量之前在合适的溶液中进行预处理。
38.可替代地或附加地，传感器装置还可以包括电光传感器，通过所述电光传感器可以检测荧光的变化或光谱的变化或折射率(ri指数/折射率)的变化。
39.在本技术中，预处理可以在应用周期中缩短或者其可以有利地被省略。在具有更换站的装置中实施预处理可能更容易，但在没有这样的更换站的情况下，即在没有相应更换或充电站的电动牙刷中，即作为独立的su单元更难实施。然而，人们也可以通过使用一种或几种dsp方法的组合来有利地绕过预处理。这些也可以用于产品的其他功能，诸如检测生物传感器的状态-干燥与被唾液润湿、检测良好的信号质量与较差的信号质量，例如还检测su单元没有被唾液充分润湿的中间状态，或者检测到引起干扰的运动。
40.此外，本发明的目的是具有根据本发明的刷头的牙刷。
41.所述牙刷可以有利地具有控制和/或评估单元，所述控制和/或评估单元被配备为以10-1000hz的采样率在所述传感器单元测量所述唾液期间采集数据，特别是原始数据。
42.控制和/或评估单元还可以被配备为在至少3至500秒的采样间隔内在所述传感器单元测量所述唾液期间采集数据，特别是原始数据。
43.此外，牙刷可以具有用于与外部装置进行数据传输的无线电模块，外部装置用于在确定健康状况时进行数据处理。无线电模块可以是电子模块的一部分，所述电子模块还可以包括测量模块。电子模块可以包括一个或多个asic作为专用集成电路。
44.可替代地或附加地，牙刷可以具有用于感应电力传输的模块，所述模块优选地布置在牙刷的手柄中。
45.此外，根据本发明，可以考虑包括根据本发明的牙刷和用于数据处理的外部装置的分析系统，其中原始信号从牙刷发送到外部装置，并且其中外部装置具有存储有用于数据分析的计算机程序产品的数据存储器，其中计算机程序产品被设计用于优选地根据一种或多种dsp方法(数字信号处理方法)对由传感器单元确定的数据进行数据分析，以便确定健康状态。
46.根据本发明的分析系统的操作方法包括数据分析并且具有以下步骤：
47.a)在测量周期内以预定的采样率对特别是不同电位下的测量电流信号和/或不同电流下的电量测量信号的电化学信号和/或阻抗信号进行采样。
48.优选的测量持续时间和采样率已经在前面描述过。
49.b)基于已检测的电化学信号和/或阻抗对所述传感器元件的相对于“润湿状态”的状态进行检测和分类。
50.在优选的实施例变型中，上述检测可以通过阻抗测量来执行。在500hz至100khz的频率范围内检测到以下值。所述值可以随频率而变化。
51.唾液：通常范围：0.6-1kohm
52.含水的唾液：1-1.6kohm
53.仅仅水会显示更高的值，因为它也不能导电。假定自来水的值为3-8kohm。
54.唾液中的牙膏将阻抗值降低到0.2-0.5kohm；降低取决于牙膏的成分和使用量，牙膏越多，阻抗值的降低越大。
55.因此，可以使用上述阻抗测量来检测以下情况：传感器上的水(传感器全部或部分润湿)、水-唾液混合物、唾液、含牙膏的唾液。
56.c)评估所述电化学信号和/或阻抗的振幅和/或变化，以及特别是相关联的氧化还原反应和/或电容瞬态，以关于使用者的健康状态分析所述唾液。
57.评估特别地可以由评估单元通过实际值和设定值比较来执行，其中用于评估的预定义数据组存储在评估单元的数据存储器中，例如在所谓的查找表中。
58.如果在步骤c)中，将采样的电化学信号分解和/或过滤成所述信号的有用组分和一种或多种干扰组分，其中所述有用组分代表所述信号的氧化还原反应组分或与氧化还原反应组分相互关联，有用组分与生物标志物的浓度确定相关，则这是特别有利的。例如，相关性可以是线性的或指数的等。
59.所述方法，特别是在步骤c)之后或在步骤a)之前，可以包括进一步的步骤中的至少一个：
60.d)在提供的参考溶液中调节和/或稳定后对电化学信号进行采样；和/或
61.e)重复测量以组合来自多个测量的信息，优选地以提高精度，提高信噪比(s/n)比率和/或补偿干扰。
62.同样根据本发明，用于更换刷头的更换站可以被认为具有更换室，其中刷头可以至少局部地插入到更换室中，并且其中更换站具有带有多个可分离的传感器装置和/或传感器单元的供应装置以及用于将刷头装配在更换室内的装配单元。更换室向至少一侧敞开，用于供刷头插入。
63.例如，装载可以自动或通过手动施加力进行。可以为更换站考虑许多变型。例如，更换站可以是桌面尺寸或小型手动站。特别地，在后一种情况下，该站可以由电池或诸如可充电电池的其他便携式电力存储装置供电。
64.进一步有利地，更换站可以包括无线电模块，例如无线发送和接收单元，用于特别地与外部计算机或服务器或云应用程序的双向无线数据更换。
65.更换站可以可选地具有评估由刷头本身收集的唾液样本的传感器。为此，更换站可以具有用于冲洗引入唾液样本的测量室的一个或多个流体管线和用于将试剂添加到测量室的一个或多个流体管线，以及评估由更换站的传感器记录的测量值的测量和评估单元。测量室也可以是更换室。通过机构，优选地如上所述的机构，牙刷，特别是它的刷毛，或者它的垫、海绵或其他材料也可以输送活性物质。
66.本发明的另一个概念是该站不更换传感器单元或传感器装置，而是作为仅仅评估由牙刷收集的唾液的存储站进行操作。这种唾液的收集是经由牙刷内的抽吸机构进行的。然后该唾液输送到测量室并在测量室内通过为此布置的至少部分可更换的传感器进行评估。
67.更换站可以有利地具有用于为牙刷充电的充电站，例如充电连接点。
68.此外，更换站可以具有收集和/或评估单元，用于读出所使用的传感器装置的传感
器数据和/或用于校准或读入用于待配备的传感器装置的传感器数据。
69.如果更换站和/或牙刷具有用于与外部数据处理单元进行所确定的传感器数据的数据更换的至少一个发射模块，特别是发送和接收模块，则这是有利的。这里，例如，可以考虑蓝牙模块、nfc模块、rfid模块、lora模块、5g模块等。
70.在发送和接收模块或附加接收模块的情况下，可以进行双向数据更换。
71.更换站可以具有用于例如通过感应能量传输进行无线能量传输的模块。该模块还可以执行数据传输，使得模块还可以有利地具有发送和/或接收模块的功能。用于无线能量传输的模块也可以附加地包含在牙刷手柄中和/或在牙刷附件中。
72.因此可以从牙刷、传感器装置或相应的可互换传感器单元中读取各种数据。这包括例如校准数据、udi数据(即，用于识别牙刷和/或传感器装置和/或传感器单元的序列号或其他数据)、配置数据，显然还有传感器数据，例如测量值或测量条件。进一步优选地，qam、fsk或psk可以用于数据传输。
73.数据更换优选地在更换站和刷头之间是双向的。为此，刷头或牙刷可以具有优选地带有eeprom(电可擦除可编程只读存储器)的微控制器。另外，刷头或牙刷可以具有另一个非易失性ram存储器。该存储器可以位于可选的asic芯片中，单独位于微控制器中，或者位于刷头或牙刷的其他电子组件中。
74.更换站可以具有另外的可选单元，所述单元扩展了牙刷的分析变型和/或可操作性。此外，可以设置和检查测量条件以及电子设备的状态或装置状态。例如，更换站可以具有识别单元，所述识别单元识别牙刷或与其相关联的使用者的身份，并为这个人单独进行设置。为此，牙刷具有标记，例如qr码等。
75.设置在根据本发明的更换站中或根据本发明的牙刷中的评估单元可以被设计用于执行根据本发明的方法，该方法用于操作根据本发明的牙刷以在使用者或患者中特别是关于牙周炎的形成而监测健康状态，所述方法包括以下步骤：
76.i.特别是在更换站中为牙刷的刷头配备新的传感器装置和/或传感器单元；
77.ii.将刷头插入口腔中并使传感器装置和/或传感器单元与唾液接触；
78.这会消耗传感器装置和/或传感器单元。特别是在单次接触之后可能发生消耗。
79.iii.生成用于确定唾液的至少两种、优选至少三种物质特性的传感器数据，以及
80.iv.特别是在更换站内移除已使用的传感器装置和/或传感器单元并读出数据。
81.可以同时进行一些步骤，例如步骤iii和iv。此外，在步骤i中，可以可选且有利地进行传感器单元的校准。所述过程本身也被认为是根据本发明的。
82.当然，仅一种或多种物质特性可以被确定为总和，其中所述物质特性可以是可以基于模型确定的总和参数。也可以仅确定物质特性的变化。这也属于上述步骤iii。此外，来自外部装置的附加生物标志物可以被处理并且特别地包括在总和参数中。其典型的示例是来自applehealth vital signs程序的数据。
83.在执行所述方法的步骤ii之后，指示模块可以指示传感器装置已耗尽并且需要更换以重复所述方法。然而，当执行根据本发明的方法时，指示模块的使用不是强制性的。所述指示可以是例如声学的、光学的(例如通过led显示器或显示器，例如在装置本身上或在诸如智能手机的移动装置上的显示器)或通过振动。
84.此外，用于特别是关于使用者的牙周病、牙周炎、糖尿病或心血管疾病的形成而监
测健康状态的装置可以被视为根据本发明的主题，其包括具有用于从患者提取唾液的装置的牙刷，和带有用于接收提取的唾液的测量室的站，其中至少一个传感器单元或包括至少一个传感器单元的传感器装置布置在测量室内，并且其中传感器单元或传感器装置可互换地布置在测量室内。在这种情况下，所述站不是用于更换刷头上的传感器组件或传感器单元的更换站，但是传感器单元或传感器组件布置在测量室或更换室内。为了与患者的唾液接触，牙刷在这种情况下仅用作运输工具。因此，测量数据的生成不会发生在患者口中，而仅发生在站内。
85.如果测量室具有未使用的传感器单元或传感器装置的供应，特别是料盒，并且具有更换机构，例如拆卸和装配机器，所述更换机构用于将已使过的传感器单元或传感器装置更换为来自供应或料盒的新传感器单元或传感器装置，则这在这个概念中是特别有利的。
86.用于提取牙刷中的唾液的装置可以优选地设计为抽吸装置并且可以包括例如抽吸泵和/或分配泵，例如用于运输和管理液体。
87.在所述方法的有利变型中，在已经执行所述方法的步骤ii之后，传感器装置被用完并且优选地必须更换以重复所述方法。这种变型通常被描述为“单次使用”或一次性使用。
88.根据本发明进一步的是根据本发明的刷头的用途，用于监测使用者的健康状态，特别是体内病毒、细菌的浓度、体内炎症状态、糖尿病和/或癌的风险、心血管疾病的风险和/或生育周期。
附图说明
89.在下文中，借助附图参考示例性实施例更详细地解释本发明。示例性实施例的变型也被提及并且可以被理解为单独的特征。
90.图1示出了根据本发明的牙刷的刷头的示意图；
91.图2示出了根据本发明的布置的示意图，所述布置包括更换站和图1的刷头；
92.图3示出了根据本发明的刷头的第二实施例变型的示意图；
93.图4示出了图3的刷头的另一个视图；
94.图5示出了根据本发明的刷头的第三实施例变型的示意图；
95.图6示出了图5的放大图；
96.图7示出了根据本发明的第四实施例变型的部段的示意图，所述变型是对图5和图6的变型进行的变型；
97.图8示出了图7的变型的完整图示；
98.图9示出了根据本发明的刷头的第五实施例变型的示意图；
99.图10示出了图9的刷头的另外的视图；
100.图11示出了图9和图10的变型的简化分解图；
101.图12示出了根据本发明的刷头的部分的第六实施例变型的示意图。
具体实施方式
102.图1示出了根据本发明的牙刷100的刷头1。在当前情况下，刷头1是电动牙刷的刷
头。显然，它也可以是没有用于移动刷子的电力驱动器和/或没有超声波发射器的牙刷。在这种情况下，需要电源单元，但这仅操作传感器单元，特别是生物传感器和电传感器系统，可选地发送和/或接收模块以及可选的评估单元。
103.刷头1在前部具有多个刷毛2并且在后部具有包括多个传感器单元的可更换传感器装置3。传感器装置3被设计为柔性塑料膜或塑料基板上的芯片并且包括用于确定被测介质的ph值的至少一个第一传感器单元4。这优选是一次性传感器单元，特别是单次使用的。传感器单元具体可以设计为薄箔和/或薄膜传感器单元或基于微技术的传感器单元的另一种形式，例如mems单元。用于形成相应传感器单元的其他变型例如是3d打印、移印、平版印刷或丝网印刷。
104.此外，刷头1可以具有传感器适配器，具体是用于接合可互换传感器装置3的单向、双向或三向适配器，然而，所述适配器布置在传感器装置下方并因此在图1中被隐藏。
105.用于测量ph的典型薄膜传感器单元是例如掺杂有二氧化钌的碳电极。这种ph电极由koncki等人在“用于测定抗胆碱酯酶活性的一次性丝网印刷ph电极”(第139页及以下，用于现场直接监测环境污染物的生物传感器(biosensors for direct monitoring of environmental pollutants in field))中描述为例如单次使用的一次性传感器。
106.具有基于isfet技术的ph电极的其他ph薄膜传感器本身也可从各种申请中获知。例如在de 10 2011 085 747 a1中描述了具有参考电极和附加电极的ph传感器的示例性设计。
107.at186493 a、at 184692 a和de 10 2006 022 290还公开了基于具有电极层(特别是不同材料的导电和半导电层或传感器芯片)的薄膜技术或厚膜技术的ph传感器。
108.第一传感器单元的设计不一定限于所示的两个电极。例如，传感器单元可以优选地设计为具有工作电极、参考电极和反电极的恒电位仪装置。
109.在本发明的范围内也可以使用所谓的三电极电解池，由此在具体优选的实施例中，可以在传感器单元中使用第四电极和可能另外的电极，用于干扰检测和干扰补偿。在由评估单元执行的信号处理过程中，诸如发生用于降噪的干扰补偿。
110.优选地，前述传感器单元和前述ph传感器以及相关联的电引线和连接可以设置在柔性印刷电路板或柔性膜上或柔性印刷电路板或柔性膜中。
111.作为ph传感器的测量范围，推荐应用在1-13之间，优选地在3-8之间的ph值。已知唾液呈中性至弱碱性，使得上述测量范围非常适合该应用。如果传感器单元4本身具有温度传感器(未更详细地示出)来确定介质的温度也是有利的。只要这位于预定测量范围(特别是在33至37.5℃之间)之外，例如由于冰、茶等，可能可选地有用于测量的错误输出，其指示喉咙中的温度超出预定的规范范围，或者由于温度升高或从38.5℃开始发烧，可能存在生理变化的迹象，例如怀孕、疾病或反应，例如免疫反应。连续几天的温度测量也可以有利于健康状态监测，包括个性化档案和/或生育周期确定，例如用于避孕或生育确定。
112.前述传感器单元在空间方向上的最大延伸优选地可以在4-8mm之间。优选地，传感器单元可以具有小于150mm2的空间尺寸，更优选地在50-120mm2之间。
113.传感器单元的厚度可以小于4mm，优选为2mm或更小。具体地，优选地，相应的传感器可以被布置、特别是被印刷在作为基底的膜上。
114.作为膜的传感器单元优选可以在最多使用15次之后更换，优选最多使用10次。
115.传感器单元的单个传感器可以是圆形的，其中至少一个或一些传感器可以设计为具有1-3mm之间的直径。
116.集成在牙刷中(在刷头中或在刷柄中)(此处未示出)的控制和/或评估单元可以被装备以在传感器单元4、5、8在至少3到500秒的采样间隔中测量唾液期间采集数据，特别是原始数据。然而，小于20秒，例如5秒的测量周期是有利的。
117.此外，传感器装置3包括第二传感器单元5，优选薄膜传感器单元，用于确定电压或电压等效被测量。在这种情况下，第二薄膜传感器单元包括由两个电极6和7组成的成对电极，用于确定所述被测量，诸如测量介质的电导率、测量介质的阻抗、电流强度或者电压，或电极之间的相应压降。尤其优选的是在一种或多种频率(例如频率范围0.1至100、100至5000hz和1khz至10khz，任选地甚至更高)下进行阻抗测量。
118.代替两个电极6和7，也可以提供恒电位仪或3电极装置作为传感器单元5。例如，可以使用阻抗测量来测量生物标志物，诸如tnf-α或其他生物标志物。
119.该第二传感器单元5也与第一传感器单元4以小于1cm、优选地小于5mm、特别优选地小于3mm的小距离间隔开。由于口腔中介质的成分可能变化，因此这个小距离是优选的，使得传感器单元基本上分析相同成分的唾液。
120.传感器装置3还具有第三传感器单元8。第三传感器单元8包括用于确定唾液中化学化合物的物质浓度的测量单元和参考单元。可以确定的化学化合物是，例如，乳酸或葡萄糖含量。葡萄糖传感器的测量范围在0.1和1mm之间。乳酸传感器的测量范围在0.025至0.5mm之间。
121.用于第三传感器单元8的传感器的其他变型包括酶传感器、肽传感器、蛋白质传感器或细胞检测传感器。
122.第三传感器单元可以设计为所谓的gaba传感器(γ-氨基丁酸)、iga(免疫球蛋白a)、igg、igm、crp和/或溶菌酶传感器。该第三传感器单元通过确定至少一种化学化合物的浓度，使得可能检测会干扰第一传感器单元和第二传感器单元的测量的其他疾病的存在。用于确定上述量的典型传感器是例如电化学传感器、光学传感器或一个或多个合适的涂层生物传感器。
123.根据本发明的刷头另外允许确定厌氧和/或需氧细菌或上述细菌的单个类别的存在和浓度，例如通过测量其降解产物和/或代谢物的浓度，并允许评估免疫系统的状态。通过上述传感器的适当组合和检测或不检测细菌代谢物，可以断定病毒感染。如果满足并检测到感染值或感染标准，但未检测到细菌代谢物，情况尤其如此。
124.在图1的优选实施例变型中，刷头1具有用于可释放地连接到手柄101的机械接口9，特别是电动牙刷1的驱动装置。
125.图2示出了用于更换刷头1的背面上的传感器装置3的更换站10的优选变型。然而，在本发明的范围内，更换站10的其他变型也是可能的。
126.更换站10包括更换室11，可将刷头1插入更换室中。在该更换室中，进行分离已使用的传感器装置3'和提供新的传感器装置3'。该新的传感器装置可以通过分离装置12被分离为供应装置13(例如膜卷或料盒)的离散段。随后，可以进行刷头1的加载。在图1的情况下，分离装置12有利地与装载装置同时设计为紧凑型。然而，上述两个装置也可以分开布置。在第一步骤中，放置装置可以例如，通过吸力或磁力分离等移除已使用的传感器装置
3'，并且在第二步骤中装备新的传感器装置3。
127.储存器17设置在更换室下方，用于储存已使用的传感器装置3。
128.作为膜卷的替代方案，也可以在更换站10中布置具有多个芯片的料盒，其中芯片不必一定是柔性设计的。
129.更换站10还可以具有集成的充电站14，电动牙刷的手柄可以在其中充电，特别是感应充电。
130.在可选的读出和/或评估单元15中，消耗的传感器装置3的传感器数据可以被读出并在必要时被评估。可以读出传感器装置以存储传感器数据。随后，读出的传感器数据可以传输到外部数据处理单元，例如牙医的数据库或计算机。
131.为此，更换站10具有至少一个发送模块16，特别是作为发送和接收模块，用于与数据处理单元的无线连接。如果发送模块16被设计为发送和接收模块或者除了发送模块16之外还提供接收模块，也可以执行评估单元15的软件更新。合适的数据传输技术例如是5g、lora、bt、nfc，经由集线器或移动装置或直接经由基站(lora、或5g或4g/cat-m、lte cat m1)。
132.当然也可能的是，由传感器装置3确定的数据不仅在更换站10中发送，而且数据传输已经由牙刷100执行。
133.更换室11可以灌满清洗介质和/或水进行清洗，使得可以清洗刷头。如果更换室11也用作测量室，则可以进行冲洗以产生尽可能恒定的测量条件。另外，可以将试剂添加到测量室中。
134.假设牙刷100具有刷牙或口腔冲洗介质的供应，更换站10可以具有用于所述刷牙或口腔冲洗介质的储存器并且例如经由充电站14将其供应给牙刷100，用于填充牙刷100。
135.可替代地，也可以直接通过更换站将牙膏涂抹到牙刷的刷毛上。
136.此外，更换室11或流体机械连接到更换室11的室可以具有传感器装置，例如用于光学测量。可以可选地提供抽吸装置用于转移到附加室。
137.附着到刷头2上的唾液可以被稀释和/或限制到预定的体积，例如腔室体积，并且随后通过光学、电化学或物理方式进行测量。为此，可以提供输送例如功能分子的物质、例如配基的结合物质、和/或例如发光体、特别是荧光团的指示化合物的供应管线，发射用于激发具有至少一个波长的指示化合物的光的光源，以及用于测量接收到的光的接收单元。因此，可以通过光学传感器技术应用荧光光谱检查、uv-vis光谱检查和其他光学分析方法。
138.刷牙或清洁介质可能会干扰个别测量。因此，建议时常在没有唾液的情况下进行参考测量。这使得评估单元能够在刷牙后测量唾液样本时量化唾液中使用的牙刷或清洁介质的量，并补偿测量信号中所得的干扰。这可以替代地或附加地基于存储的参数以基于模型的方式或通过基于非参数模型的方法或通过例如细菌的种群统计来执行。
139.可替代地，也可以省略该参考测量，例如如果相应的分析方法对干扰不敏感，或者如果始终使用相同的牙齿清洁或清洁介质，对其制造商已经在评估单元的数据存储器中存储了数据记录用于测量值补偿。
140.一般健康状态的确定，特别是口腔内的口腔健康状态的确定可以基于个体使用者或通过基于平均值的估计来进行。在前一种情况下，健康状态必须由医生确定，并且在检查之后，必须创建并存储参考测量值，以与牙刷确定的数据进行比较。
141.除了早期检测牙周炎(例如通过测量iga)、其他牙科疾病(例如通过测量gaba)或甚至龋齿(例如通过测量乳酸杆菌)的优选应用领域之外，本发明还可以用于例如通过确定叶酸含量来早期检测个别癌症和/或怀孕。
142.也可以在本发明的范围内检测的其他早期检测用例包括癌、心血管应用、心肌梗塞、病毒性疾病、自身免疫性疾病、传染病、胃食管反流病、动脉硬化、坐骨神经痛、特别是由呼吸系统疾病引起的呼吸道问题、慢性阻塞性肺病、阿尔茨海默病、多发性硬化症、一般口腔健康状况、糖尿病、摄氧量、癌症、关节炎和/或营养不良，尤其是肥胖症。
143.除了早期检测，本技术的主题还可以用于监测怀孕期间的营养。由于胎儿对营养的额外需求，孕妇会定期检查诸如铁、叶酸等的值。在此，唾液的成分可以提供有关个人营养素的每日需求是否已经达到并正在维持的信息。
144.也可以以这种方式监测患者的药物。为此，例如，在用药之前来自患者的唾液样本可以作为参考。
145.根据本发明的刷头的有利应用包括监测例如在糖尿病中使用者的药物摄入(患者依从性/患者顺从性监测)。
146.在此，例如，血糖水平应该在目标带内，在更严重的情况下，这只能通过定期使用胰岛素或glp-1抑制剂或降低血液中血糖水平的类似的口服药物(glp抑制剂，诸如来自novo nordisk的semaglutide)来实现。
147.通过对生物传感器数据值的时间序列进行时间分析，不仅可以检测患者是否服药，还可以检测患者服药的时间。如果患者不服用药物，则完全或部分超出所需带而来测量其他值。例如，可以将带或目标范围定义为介于70和150mg/dl之间的带，其代表正常情况下进食前后的血糖值。
148.图2所示的站被设计为更换站。然而，在本发明的未示出的实施例变型中，也可以将牙刷的刷头的传感器装置布置在站中，特别是在站的测量室中。然而，在这个情况中，唾液必须从口腔转移到站。为此，牙刷例如可以具有抽吸装置，所述抽吸装置在第一操作模式中抽取口腔中的唾液。在可选的第二操作模式中，抽吸装置可以具有吹出功能，以将吸入的唾液排放到测量室中并在那里对其进行测量。
149.此外，刷头或特别是更换站可以具有另外的传感器，所述传感器可以检测牙膏、漱口水或其他口腔护理组合物的各个成分并基于这个检测进行唾液的测量值的校正。
150.根据本发明的更换站或其他站也可以将预定类型和数量的口腔护理组合物递送，例如应用到牙刷。关于该组合物的成分的浓度，该组合物可以例如在评估单元的数据存储器中存储为数据记录。
151.根据本发明的牙刷的另外的实施例变型在图3-11中示出。
152.图3和图4的牙刷头20的变型具有基体23，具有平均刷毛长度l的刷毛24从所述基体伸出。可以提供不同刷毛长度的刷毛24，平均刷毛长度是指所有刷毛的平均值。
153.为了更好地插入口中，基体23可以具有比刷毛长度lb更低的高度。刷毛长度lb和基体23的高度加起来就是刷头的总高度。
154.此外，基体23具有用于容纳板状传感器单元的插入槽21。板状传感器单元通过两个主表面被基体23保护免受机械损坏。为此，从刷毛24的位置开始，基体23在顶部具有盖部分22。传感器单元可以插入牙刷20的端面26上的插入槽21中，其中所述端面布置在牙刷的
与刷颈附件25相对的侧面上。
155.插入槽21在插入方向r上的长度l优选为刷头在插入方向上的长度的至少30％，具体优选地至少50％。
156.插入槽21的高度h优选地介于基体23的高度的3％和30％之间。
157.图3和图4的牙刷20的变型具有基体23，具有平均刷毛长度l的刷毛24从所述基体伸出。可以提供不同刷毛长度的刷毛24，平均刷毛长度是指所有刷毛的平均值。
158.为了更好地插入口中，基体23可以具有比刷毛长度lb更低的高度。刷毛长度lb和基体23的高度加起来就是刷头的总高度。
159.此外，基体23具有用于容纳板状可更换传感器单元形式的传感器装置的插入槽21。板状传感器单元通过两个主表面被基体23保护免受机械损坏。为此，基体23具有从刷毛24在上侧的位置开始的盖部分22。传感器单元可以插入牙刷20的端面26上的插入槽21中，所述端面布置在牙刷的与刷颈附件25相对的侧面上。
160.插入槽21在插入方向r上的长度l优选为刷头在插入方向上的长度的至少30％，具体优选地至少50％。
161.插入槽21的高度h优选地介于基体23的高度的3％和30％之间。
162.在图5和图6所示的本发明的另一个变型中，根据本发明的刷头30还具有基体31和从其突出的刷毛32。刷头的与刷毛相对的后表面具有支撑表面33和凹入其中的传感器容纳部34、35和36。这些容纳部允许唾液进入并在测量过程中定位-如果唾液接触太短暂，则这是有利的。唾液可以进入容纳部并在那里与特定的传感器保持接触。
163.为了额外提高传感器单元的保持力，部分或全周缘37可以设置在支撑表面33的侧面并从支撑表面33突出，使得传感器单元不会从牙刷突出并且允许传感器单元在插入过程中被引导且固定。这种托盘变型在图7和图8中示出。
164.图9-11示出了刷头40的另一个变型，其类似于图3和图4，具有基体41、用于供传感器单元42插入的插入槽43和盖部分47。与图3和图4的变型相反，盖部分47具有用于储存唾液的开口45。唾液可以通过开口45并且被送到传感器单元43的各个传感器元件。
165.盖子可以可移除或可旋转开，以允许用水并在空气中清洁和干燥生物传感器表面。
166.图中所示的牙刷头的其他部件和特征在功能上类似于图3和图4。
167.虽然图3-11中的传感器单元是平面设计，但是图12示出了刷头50的变型，其具有传感器单元51作为刷头的基体的横向附件。传感器单元51可以是较大传感器装置的一部分，其中只有传感器单元51是可互换的，并且传感器装置的其他传感器可以不可互换地布置在刷头中。这种不可互换的传感器可以是例如温度传感器或电导率传感器、阻抗传感器、电位传感器等。可更换传感器55凹入传感器单元51的主体中，传感器单元在传感器装置53的边缘处具有止挡表面56以适应基体。也在该变型中，为了更好地积聚唾液，设置了凹部54，并且为了相同目的在边缘侧上设置了突起52。
168.可替代地，也可以将板状或薄膜状的可更换插件作为传感器单元插入凹部54中。
169.单独实施例变型的特征可以有利地相互组合。特别优选的是将传感器单元布置在相对于边缘区域凹陷以积聚唾液的平面上(参见图8)。
170.传感器单元特别优选地设计为膜并且还优选地可以从一侧或多侧被唾液润湿，优
选地完全地或至少在所有传感器的接触区域上。
171.传感器单元可以从侧面或从上方放置或插入。
172.刷头和传感器单元之间的电触头优选地位于用于传感器单元的支撑表面的部分区域中，所述部分区域与刷柄的距离最小。
173.孔不是必需的，但可以提供以收集唾液。
174.另一方面是认识到牙膏或牙膏泡沫或可能还有漱口水的影响强烈干扰测量过程。因此，优选地应在实际刷牙过程之前进行测量。为了避免过多影响日常生活，可以在测量时间，例如5秒后已经开始刷牙过程并涂抹牙膏。
175.可替代地或附加地，也可以在用校准冲洗剂冲洗口腔之后在刷牙之后进行测量。
176.根据本发明的用于操作分析系统的方法，所述分析系统包括根据本发明的牙刷和用于数据处理的外部装置。装置可以是例如服务器、计算机、手机、平板电脑和/或前述的更换站。
177.原始信号，例如阻抗读数、电压等效信号等从牙刷发送到外部装置。
178.外部装置包括数据存储器，其上存储有用于数据分析的计算机程序产品，其中计算机程序产品适用于优选地通过一种或多种dsp方法对从传感器单元获得的数据进行数据分析，以确定健康状态。
179.根据本发明的方法，所述数据分析具有至少以下步骤：
180.a)电化学信号和/或阻抗的采样
181.b)基于所确定的电化学信号和/或阻抗，关于传感器元件或加湿元件的各个传感器的加湿状态检测和/或分类传感器元件的状态
182.c)评估电化学信号和/或阻抗的振幅和变化，以根据患者健康状况分析唾液。
183.润湿状态可以表示完全或部分(不足)润湿。然而，也可以指示其他状态，诸如牙膏的存在和水中唾液的浓度。这使得在测量和评估健康状态时可以确定唾液浓度并补偿诸如牙膏的干扰因素。
184.检测上述条件的一种方法是检测信号变化、指数因子的时间常数和/或信号方差计算(波纹监测)。
185.在步骤c)中的振幅评估期间，可以有利地执行原始信号或电化学信号的信号分解以分析相应信号的有用分量和/或补偿干扰分量。
186.可以使用指数模型进行分解，所述指数模型可以是例如指数式衰减或指数过程或尤其是1-exp(-t)类型的一阶指数阶跃响应。
187.另一种形式的分解可以通过基于时间模式(时域中的信号处理)或甚至频域中的特征对信号和信号变化进行分类来执行。
188.此外，可以通过基于信号的导数过程和/或作为变化率和/或作为一个或多个近似导数或近似导数对信号分类来执行分解。
189.在将信号分解为不同分量(信号分解)之后，基于该分解推导信号特征/特性随后可以用于改进浓度估计和/或推导更准确的校准曲线。
190.从电化学信号或阻抗的有用部分(即对应电化学反应的反应部分)中分离出不同的干扰分量，可以替代地或有利地通过cottrel方程或其他类似的物理和/或数学性质的模型来执行。然后，有用信号对于确定指示剂、特别是生物标志物的浓度是有意义的，所述浓
度单独地或可能与其他测量值一起可以提供关于牙刷使用者的健康状态的信息。生物标志物可以通过特定的生物传感器检测。
191.所述方法还可以包括在传感器单元在提供的参考溶液中调节和/或稳定之后对电化学信号进行采样。这种采样可以优选在步骤c)之后，例如当牙刷第一次投入使用时，或在步骤a)之前进行。
192.在调节和/或稳定已经发生之后的信号采样可以有利地由触发器或传感器(优选地用于电导率或阻抗测量的传感器)组合地启动或检测，所述触发器或传感器检测参考溶液和/或唾液的存在和/或指示调节期的结束。触发器可以优选地基于检测到的状态或状态转换来进行测量。
193.此外，特别是在步骤c)之后，可以进行一次或多次重复测量以组合来自多次测量的信息，优选地提高精度，提高信号的信噪比(s/n信噪比)比率，和/或补偿干扰。
194.电化学信号的采样，尤其是不同电位的测量电流信号的采样可以在几秒或几分钟内进行。
195.可以如上所述执行“干燥”与“加湿后充气”与“完全加湿”状态的检测和分类以及相关联的转换。
196.该检测有利地允许评估由生物传感器和其他传感器进行的测量的可靠性以及由它们确定的健康状态。
197.对电化学信号或阻抗的衰减的评估允许得出关于口腔内的氧化还原反应和电容瞬态的结论。
198.牙刷，特别是传感器装置，可以具有如前所述的温度传感器。可以在几天内以平均的方式进行温度测量，以获得体温的参考。此外，例如在发烧的情况下，可以检测到温度突然升高，以及也有利地逐渐升高和/或周期性再发生的温度升高。例如作为健康监测的一部分或除此之外，这可能是有利的，例如用于确定生育周期。
199.可选地或附加地，牙刷可以具有分配装置，用于特别是在口腔中分配用于治疗疾病的物质，和/或用于刺激免疫系统。
200.这些可以由医生具体规定，其中牙刷作为剂量装置。特别是在口腔区域中的疾病(诸如牙龈发炎)的情况下，牙刷可用于在精确的位置中并在刷毛给药期间与机械辅助按摩相结合将对应的药物涂抹在例如牙龈上。给药的剂量或程度可由医生或患者在牙刷处进行。在医生的情况下，医生可能具有例如经由蓝牙应答器或代码等对相应子程序的特殊访问权限，这阻止对牙刷的医生特定子程序的访问。可替代地或附加地，用于配量的程序或程序设置也可以通过远程访问或经由数据存储装置，例如usb记忆棒，传输到牙刷或更换站。
201.另一种选择是使用参考液体来调节传感器。例如，具有限定的离子含量的水可用于此目的。该参考液体，也称为调节液体，将传感器装置的传感器重置为初始值。
202.另外，一种或多种校准液体可以与被定义不同于参考液体的一种或多种电导率一起使用。因此，在一段时间后，测量精度可以通过校准液体检查，并在必要时重新调整。
203.参考液体和至少一种校准液体可以是根据本发明的分析系统的一部分。
204.传感器装置以及刷头可以是可互换的并且形成为一次性物品。传感器装置有利地允许检测健康状态和对其进行监测。在疾病的选定案例中，也可以确定疾病的类型和/或其表现或强度。
205.可以使用多维生物标志物。理想情况下，牙刷应以其信号每天收集和/或记录至少一次的方式处理。
206.然后可以在数天、数周、数月等存储数据，以识别长期趋势。
207.附图标记列表
208.1刷头
209.2刷毛
210.3传感器装置
211.3'已使用的传感器装置
212.4第二传感器单元
213.5第一传感器单元
214.6电极
215.7电极
216.8第三传感器单元
217.9机械接口
218.10更换站
219.11更换室
220.12分离装置
221.13膜卷
222.14充电站
223.15读出和/或评估单元
224.16发送模块
225.17储存器
226.20牙刷头
227.21插入槽
228.22盖部分
229.23基体
230.24刷毛
231.25刷颈附件
232.26端面
233.30刷头
234.31基体
235.32刷毛
236.33支撑表面
237.34传感器容纳部
238.35传感器容纳部
239.36传感器容纳部
240.37边缘
241.40牙刷头
242.41基体
243.42传感器单元
244.43插入槽
245.45开口
246.47盖部分
247.50刷头
248.51传感器单元
249.52突起
250.53传感器装置
251.54凹部
252.55传感器
253.lb刷毛长度
254.l插入槽的长度
255.h插入槽的高度
256.r插入方向
257.100牙刷
258.101手柄。