Контроль характеристик костей
Заявленное изобретение относится к области контроля характеристик костей на предмет таких состояний, как остеопороз и/или периодонтит. Система контроля характеристик костей содержит: прибор для гигиены зубов, содержащий ручку, выполненную с возможностью удерживания пользователем; приспособление, прикрепленное к ручке и выполненное с возможностью управления пользователем для осуществления задачи, относящейся к гигиене зубов; инфракрасный излучатель, установленный на приборе для гигиены зубов для испускания инфракрасного излучения в направлении нижней челюсти пользователя; инфракрасный датчик, установленный на приборе для гигиены зубов для обнаружения ответного инфракрасного излучения, на которое повлияло поглощение инфракрасного излучения нижней челюстью; и контроллер, соединенный с возможностью обмена данными с инфракрасным облучателем и инфракрасным датчиком. При этом контроллер выполнен с возможностью: управления инфракрасным излучателем для испускания инфракрасного излучения в направлении нижней челюсти в течение заданного количества времени; приема от инфракрасного датчика одного или более сигналов, указывающих на обнаруженное ответное инфракрасное излучение; и определения одной или более характеристик костей пользователя с использованием спектрального анализа ответного инфракрасного излучения. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение в основном относится к здравоохранению. В частности, но не исключительно, различные способы и устройство, предложенные в настоящем документе, относятся к контролю характеристик костей на предмет таких состояний, как остеопороз и/или периодонтит.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Остеопороз представляет собой заболевание костной системы, характеризуемое низкой костной массой и ухудшением микроархитектуры костных тканей. Об остеопорозе могут свидетельствовать костная масса ниже пиковой и/или потеря костной массы больше нормы. Он может привести к повышенной ломкости костей, которая, в свою очередь, может повысить риск перелома кости, в том числе нетравматического и/или спонтанного перелома. Остеопороз является наиболее распространенной причиной перелома костей у пожилых пациентов. В большинстве случаев симптомы, предшествующие перелому кости, немногочислены или полностью отсутствуют. Причины остеопороза могут быть самыми разными. Например, потеря костной массы может увеличиваться у женщин после менопаузы в результате снижения уровней эстрогена. К числу других причин можно отнести алкоголизм, анорексию, гипертиреоидизм, хирургическое удаление яичников, почечную болезнь, недостаточную физическую нагрузку, курение и определенные лекарственные препараты. Остеопороз может быть диагностирован в некоторых случаях, когда плотность костей пациента на 2,5 стандартного отклонения ниже плотности костей типичного молодого взрослого человека.
Раннее обнаружение потери костной массы может помочь в лечении, например, с использованием бисфосфонатов или гормональных терапий для замедления скорости убыли костной ткани. Однако существующие методики и устройства для обнаружения потери костной массы, как правило, являются инвазивными, дорогостоящими и/или обычно доступными только в медицинских учреждениях. Например, двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (ДЭРА) может быть использована для измерения минеральной плотности костной ткани (МПКТ). Однако она требует использования устройства для ДЭРА, которое непригодно для применения в домашних условиях из-за стоимости, технического обслуживания, размера и воздействия потенциально вредного рентгеновского излучения. Кроме того, определенные споры вызывает вопрос по поводу того, является ли МПКТ точным прогностическим фактором остеопороза. Количественная ультразвуковая сонометрия (КУС) тоже может быть использована, например, для измерения костной плотности костей пятки и/или запястья, но она также непрактична для домашнего использования.
В US 2008/060148 раскрыта зубная щетка, реагирующая на показания датчиков, которая может настраивать выходную мощность или работу в зависимости от информации, полученной от одного или более датчиков, встроенных в зубную щетку, или выбранной пользователем. Указанная информация обычно относится к наличию определенных условий или определенных веществ или агентов внутри или снаружи ротовой полости. Зубная щетка, реагирующая на показания датчиков, также содержит один или более ответных компонентов, которые обеспечивают ответный выходной сигнал в ответ на принятую информацию. Способ обеспечения ухода за полостью рта включает в себя этапы: включения зубной щетки, содержащей датчик; обнаружение входного сигнала датчиком; и формирование ответного выходного сенала от зубной щетки в ответ на входной сигнал датчика.
В WO 2007/004604 раскрыто компактное, экономичное, неинвазивное устройство для измерения плотности костей
В US 2006/192965 раскрыты способ и устройство для оценки костной ткани, включающие в себя этапы и средства обеспечения образца для неионизирующей радиации; обнаружения неионизирующей радиации после прохождения через костную ткань; измерения оптических свойств обнаруженной неионизирующей радиации для характеристики костной ткани по всему выбранному спектрус с использованием модели незатухающих колебаний, модели домена частоты или комбинации модели колебаний и модели домена частоты; и определение состава, структуры, физиологии или их комбинаций костной ткани из измеренных оптических свойств.
В US 2013/080295 раскрыты прибор для ухода за полостью рта и система для использования во время процедур ухода за полостью рта. Прибор для ухода за полостью рта содержит датчик положения, чаще всего представляющий собой емкостной датчик. Датчик положения обеспечивает время использования и мгновенные измерения в множестве предложенных форматов. Система ухода за полостью рта содержит прибор для ухода за полостью рта, первый носитель передачи данных и любую комбинацию следующего: второй носитель передачи данных, сетевое устройство хранения, третий носитель передачи данных. Указанная система обеспечивает средства сбора результатов измерений и передачи данных в читаемой, применимой форме пользователю через прибор ухода за полостью рта.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах аналогичные номера позиций, как правило, относятся к одним и тем же деталям на всех различных видах. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе, вместо этого внимание в основном обащается на иллюстрацию принципов изобретения.
На ФИГ. 1 показан пример обстановки, в которой могут быть осуществлены на практике описанные методики в соответствии с различными вариантами реализации.
На ФИГ. 2 изображен пример узла зубного прибора, используемого для обнаружения характеристик костей в нижней челюсти с помощью ультразвука и вибрационного отклика.
На ФИГ. 3 изображен пример узла зубного прибора, используемого для обнаружения характеристик костей путем облучения нижней челюсти инфракрасным излучением и наблюдения ответного излучения.
На ФИГ. 4 изображен пример графика, показывающего поглощающую способность на различных длинах волн инфракрасного излучения, обусловленную различными характеристиками костей, в соответствии с различными вариантами реализации.
На ФИГ. 5 изображен пример способа неивазивного контроля характеристик костей на предмет таких состояний, как остеопороз, в соответствии с различными вариантами реализации.
На ФИГ. 6 изображен пример компьютерной системы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Остеопороз представляет собой заболевание костной системы, характеризуемое низкой костной массой и ухудшением микроархитектуры костных тканей. Во многих случаях симптомы, предшествующие перелому кости, немногочислены. Раннее обнаружение потери костной массы может помочь в лечении, но существующие методики и устройства для обнаружения потери костной массы, как правило, являются инвазивными, дорогостоящими и/или обычно доступными только в медицинских учреждениях. Поэтому в данной области техники существует потребность в ненавязчивом, неинвазивном, простом в использовании и недорогом способе регулярного (например, ежедневного, еженедельного, полусуточного и т. д.) контроля характеристик костей. Учитывая вышесказанное, различные варианты реализации и осуществления настоящего изобретения относятся к неивазивному контролю характеристик костей на предмет таких состояний, как остеопороз.
На ФИГ. 1 для одного варианта реализации изображен прибор для гигиены зубов в соответствии с выбранными аспектами настоящего изобретения в виде электронной зубной щетки 100. Электронная зубная щетка 100 содержит ручку 102, выполненную с возможностью удерживания пользователем (не показан), шейку 104, соединенную с ручкой 102, и приспособление в виде щетки 106 на конце шейки 104, противоположном ручке 102. Хотя прибор для гигиены зубов, изображенный на ФИГ. 1, содержит электронную зубную щетку, это не следует рассматривать как ограничение. В различных вариантах реализации в соответствии с выбранными аспектами настоящего изобретения могут быть выполнены другие относящиеся и не относящиеся к зубам приборы, в том числе, без ограничений, неэлектрические зубные щетки, бритвы, ирригаторы для ротовой полости, пустышки, ретейнеры и т.д. В некоторых вариантах реализации в соответствии с выбранными аспектами настоящего изобретения может быть выполнено устройство, предназначенное исключительно для контроля костей, а не для каких-либо других связанных с гигиеной зубов задач.
В различных вариантах реализации зубная щетка 100 может содержать внутреннюю логику 108 и, в некоторых случаях, один или более интерфейсов 110 связи, функционально связанных с логикой 108. Логика 108 может принимать различные формы. В некоторых вариантах реализации логика 108 принимает форму одного или более процессоров, функционально связанных с памятью (не показана). Память может хранить инструкции, которые могут исполняться одним или более процессорами для осуществления выбранных аспектов настоящего изобретения. В других вариантах реализации логика 108 может принимать другие формы, такие как программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA) и/или специализированная интегральная схема (ASIC). Интерфейс 110 связи может содержать один или более модулей для обеспечения логике 108 возможности обмена данными с одним или более удаленных вычислительных устройств. Интерфейс 110 связи может использовать различные технологии проводной и/или беспроводной связи, в том числе, без ограничений, Wi-Fi, Bluetooth, связь ближнего радиуса действия (NFC), Edge, Ethernet, универсальную последовательную шину (USB), различные варианты сотовой технологии и т. д.
В некоторых вариантах реализации зубная щетка 100 может содержать пару выдвижных элементов 112A и 112B. Выдвижные элементы 112A и 112B могут быть выполнены с возможностью перехода (как показано стрелками) между первой конфигурацией, изображенной пунктирными линиями, в которой каждый выдвижной элемент 112 по существу расположен заподлицо с поверхностью зубной щетки 100 (в данном случае заподлицо с поверхностью шейки 104), и второй конфигурацией, изображенной сплошными линиями, в которой каждый выдвижной элемент 112 выступает перпендикулярно из поверхности зубной щетки 100. В различных вариантах реализации выдвижные элементы 112A и 112B могут быть разнесены друг от друга на заданное расстояние, которое выбирают так, что выдвижные элементы 112A и 112B во второй конфигурации находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга, чтобы их можно было расположить по бокам (т. е. на противоположных сторонах) нижней челюсти пользователя.
Зубная щетка 100 может содержать один или более излучателей для испускания одной или более звуковых или световых волн в направлении нижней челюсти пользователя и один или более датчиков для обнаружения одной или более звуковых или световых волн, распространяющихся от нижней челюсти. Источником или причиной возникновения обнаруженной одной или более звуковых или световых волн могут быть испускаемые одна или более волн. Например, на ФИГ. 1 зубная щетка 100 содержит излучатель 114A, установленный на первом выдвижном элемента 112A, и датчик 114B, установленный на втором выдвижном элементе 112B. Излучатель 114A может испускать звуковые или световые волны в направлении датчика 114B. Датчик 114B может обнаруживать испускаемые звуковые или световые волны.
В различных вариантах реализации пользователь может разложить выдвижные элементы 112A и 112B во вторую конфигурацию, изображенную сплошными линиями, а затем поместить зубную щетку 100 так, чтобы первый выдвижной элемент 112A (и, следовательно, излучатель 114A) оказался на одной стороне нижней челюсти пользователя, а второй выдвижной элемент 112B (и, следовательно, датчик 114B) оказался на противоположной стороне нижней челюсти пользователя. Таким образом, звуковые или световые волны, испускаемые излучателем 114A, проходят сквозь нижнюю челюсть пользователя, прежде чем обнаруживаются датчиком 114B. Как будет описано более подробно далее, логика 108 может анализировать сигнал, предоставляемый датчиком 114B, чтобы обнаруживать любые изменения волн или воздействия на них нижней челюстью пользователя. Эти изменения или воздействия могут служить показателем одной или более характеристик костей пользователя.
На ФИГ. 1 зубная щетка 100 содержит дополнительную пару излучатель/датчик, которые вместе образуют приемопередатчик 116. Приемопередатчик 116 может испускать звуковые и/или световые волны в направлении нижней челюсти пользователя и может обнаруживать ответные звуковые или световые волны, которые распространяются от нижней челюсти пользователя. Например, в некоторых реализациях приемопередатчик 116 может облучать нижнюю челюсть пользователя ультразвуковыми волнами и затем обнаруживать вибрационный отклик. В других вариантах реализации приемопередатчик 116 может облучать нижнюю челюсть пользователя инфракрасным излучением и затем обнаруживать зависимое от длины волны поглощение испускаемых световых волн. В некоторых вариантах реализации зубная щетка 100 может быть оборудована несколькими приемопередатчиками (или другими парами излучатель/датчик), одним для излучения/обнаружения инфракрасного излучения и другим для излучения/обнаружения ультразвуковых волн.
В различных вариантах реализации логика 108 может быть выполнена с возможностью приема от одного или более датчиков (например, 114B, 116) одного или более сигналов, характеризующих обнаруживаемые волны, распространяющиеся от нижней челюсти пользователя. Кроме того, логика 108 может быть выполнена с возможностью обнаружения на основе одного или более сигналов одной или более характеристик костей пользователя. В некоторых вариантах реализации логика 108 может предоставлять данные, указывающие на ее анализ, посредством беспроводного соединения (например, обеспечиваемого интерфейсом 110 связи) на удаленное вычислительное устройство 120, которое может быть вычислительным устройством, принадлежащим пользователю или управляемым им. Удаленное вычислительное устройство 120 может принимать различные формы, такие как смартфон, планшет, умные часы, переносной компьютер, настольный компьютер, телеприставка и т. д. В некоторых вариантах реализации удаленное вычислительное устройство 120 может обеспечивать различную звуковую, визуальную и/или тактильную обратную связь с пользователем на основе анализа, выполняемого логикой 108. Например, если логика 108 (или удаленное вычислительное устройство 120) определяет на основе сигналов от датчика 114B или приемопередатчика 116, что пользователь испытывает чрезмерную потерю костной массы (например, путем сравнения текущего измерения с одним или более предыдущих измерений), вычислительное устройство 120 может подать предупреждение пользователю, чтобы он посетил своего поставщика услуг здравоохранения.
В некоторых вариантах реализации удаленное вычислительное устройство 120 может быть сопряжено с возможностью обмена данными с вычислительным устройством 124 поставщика услуг здравоохранения посредством одного или более проводных или беспроводных сетевых соединений 126 (например, посредством Интернета). Вычислительное устройство 124 поставщика услуг здравоохранения, которое может принимать один или более различных форм-факторов, упомянутых выше, может эксплуатироваться одним или более поставщиками 128 услуг здравоохранения. Вычислительное устройство 124 поставщика услуг здравоохранения может обеспечить различные типы звуковой, визуальной и/или тактильной обратной связи с поставщиком 128 услуг здравоохранения, которая указывает на одну или более характеристик костей пользователя. На основе этой обратной связи поставщик 128 услуг здравоохранения может предпринимать различные ответные действия, такие как начало лечения, рекомендация изменений в образе жизни и т.д.
Как отмечено выше, для обнаружения характеристик костей пользователя можно использовать различные типы излучателей и/или датчиков, по отдельности или в сочетании. Например, некоторые излучатели принимают форму ультразвуковых излучателей или приемопередатчиков, которые формируют высокочастотные ультразвуковые волны для распространения в направлении нижней челюсти пользователя при удержании приемопередатчика напротив нижней челюсти пользователя в течение заданного количества времени. Сигнал, обнаруживаемый приемопередатчиком или отдельным датчиком, может представлять ответную вибрацию костей и может содержать информацию относительно состава и/или плотности костей.
На ФИГ. 2 изображен пример того, как ультразвуковые волны могут быть использованы для определения одной или более характеристик костей. Зубная щетка 100 содержит ультразвуковой приемопередатчик 116. Зубная щетка 100 помещена в такое положение, что ультразвуковой приемопередатчик 116 находится возле (например, касается в пределах заданного расстояния) нижней челюсти 250 пользователя. Ультразвуковой приемопередатчик 116 испускает исходящие ультразвуковые волны 252 и принимает ответные входящие ультразвуковые волны 254. Ответные входящие ультразвуковые волны 254 могут быть проанализированы логикой (108, см. ФИГ. 1) для определения вибрационного отклика. На вибрационный отклик могут влиять, среди прочего, плотность и/или состав костей нижней челюсти пользователя. Поэтому логика 108 может анализировать сигнал, создаваемый приемопередатчиком 116, чтобы определять характеристики костей. Например, логика 108 может выявлять тенденцию в возрастании вибрационного отклика с течением времени, предполагающую снижение плотности костей пользователя.
Другой пример того, как ультразвуковые волны могут быть использованы для определения одной или более характеристик костей, изображен на ФИГ. 1. Предположим, что излучатель 114A является ультразвуковым излучателем (или приемопередатчиком, который может также упоминаться как «ультразвуковой облучатель»), а датчик 114B является ультразвуковым датчиком (или приемопередатчиком). В различных вариантах реализации после того, как зубная щетка 100 расположена так, что часть нижней челюсти (250, см. ФИГ. 2) пользователя находится между излучателем 114A и датчиком 114B, излучатель 114A может испускать ультразвуковые волны в направлении датчика 114B. Сигнал, создаваемый датчиком 114B в ответ на эти обнаруживаемые волны, может обеспечивать информацию о, например, скорости, с которой ультразвуковые волны проходят сквозь нижнюю челюсть, или о мере ослабления по сравнению с ультразвуковыми волнами, первоначально испускаемыми датчиком 114A. Эти параметры могут быть использованы, например, логикой 108 для оценки МПКТ пользователя. Вне зависимости от того, используется ли ультразвуковая конфигурация, изображенная на ФИГ. 2 или ФИГ. 1, анализ может проводиться для каждого измерения и/или измерений с течением времени, например для выявления тенденций в потере костной массы/составе/плотности.
На ФИГ. 3 изображен пример того, как инфракрасные волны могут быть использованы для определения одной или более характеристик костей. В данном примере зубная щетка 100 содержит инфракрасный излучатель 360A (также называемый «облучателем») для испускания инфракрасного излучения 362 в направлении нижней челюсти 350 пользователя и датчик 360B, который выполнен с возможностью обнаружения ответного инфракрасного излучения 364, распространяющегося от нижней челюсти 350. В данном примере излучатель 360A и датчик 360B смещены относительно друг друга, а не сформированы вместе (как было в случае с ультразвуковым излучателем/датчиком 116 на ФИГ. 2), но это необязательно. В других вариантах реализации единый компонент, такой как светоизлучающий диод (СИД) может быть выполнен с возможностью, как испускания, так и обнаружения инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение 362, испускаемое излучателем 360A в направлении нижней челюсти 350, может при входе в нижнюю челюсть 350 рассеиваться в разных направлениях. По меньшей мере часть этого рассеянного инфракрасного излучения, например, указанная как 364, может быть направлена в сторону датчика 360B и, следовательно, обнаружена им.
В некоторых вариантах реализации, таких как изображенный на ФИГ. 3, инфракрасный излучатель 360BA и датчик 360B могут принимать форму устройства спектроскопии в ближней инфракрасной области спектра. Нижняя челюсть 350 может облучаться инфракрасных излучением 362 в течение заданного времени (например, в соответствии с указанием звукового и/или визуального выходного сигнала) после прижатия одного или обоих из излучателя 360A и датчика 360B к нижней челюсти 350. В некоторых вариантах реализации могут быть использованы методы инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (ИКПФ), например, с помощью логики 108, для обнаружения поглощения инфракрасного излучения во время колебательных переходов в ковалентно связанных атомах. Это обнаруживаемое поглощение может быть проанализировано для определения различных характеристик костей, которые влияют на так называемое «качество костей». Данные характеристики костей могут включать в себя факторы, влияющие на геометрические свойства и свойства материала, которые вносят вклад в устойчивость костей к перелому. К геометрическим свойствам можно отнести макроскопическую геометрию нижней челюсти 350 в целом и микроскопическую архитектуру компонентов кости. К свойствам материала можно отнести состав и компоновку основных составляющих костной ткани, таких как коллаген и минералы, а также микроповреждения и/или микроструктурные неоднородности. ИКПФ-визуализация может обеспечивать информацию о составляющих кости на молекулярном уровне и, следовательно, может использоваться в качестве средства оценки качества костей.
Различные характеристики костей, определяемые с использованием вышеупомянутых методик, могут быть проанализированы различными способами для определения здоровья костей пациента. В некоторых вариантах реализации машиннообучаемая модель может быть натренирована на прием вектора признаков, выделяемого из различных сигналов датчиков, описанных выше, и обеспечение выходных данных, включающих в себя метки, такие как «обнаружен остеопороз», «обнаружен риск остеопороза», «остеопороз не обнаружен» и т.д. Машиннообучаемая модель может быть реализована с использованием различных методов, в том числе, без ограничений, с помощью логистических регрессионных моделей или нейронных сетей. Такая машиннообучаемая модель может быть натренирована на различных типах положительных и/или отрицательных тренировочных примеров. Положительные тренировочные примеры могут включать в себя, например, векторы признаков, связанные с пациентами, о которых известно, что у них плотность и/или состав костей соответствуют здоровым костям (которые поэтому не проявляют остеопороза). Отрицательные тренировочные примеры могут включать в себя, например, векторы признаков, связанные с пациентами, о которых известно, что у них плотность и/или состав костей не соответствуют здоровым костям, например, с пациентами, страдающими остеопорозом.
В некоторых вариантах реализации, когда здоровый пользователь впервые начинает использовать устройство, такое как зубная щетка, выполненное в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения, он может установить здоровый «исходный уровень» одной или более характеристик костей (например, плотность костей, состав костей), например с использованием этого устройства, как описано выше. Данные, получаемые после каждого последующего использования, могут затем сравниваться с более ранними данными для определения того, можно ли, например, выявить какие-либо тенденции, относящиеся к потере массы, составу, ухудшению и т. д. костей.
Хотя каждый из конкретных вариантов реализации, описанных выше, включает в себя конкретное количество излучателей и/или датчиков, это не следует рассматривать как ограничение. В одном устройстве может быть использована любая комбинация любого количества звуковых и/или световых излучателей/датчиков для получения различных уровней информации о качестве костей пользователя. Например, в некоторых вариантах реализации можно использовать вместе оба типа ультразвуковых излучателей/датчиков, описанных выше (например, 114A/114B в сочетании с 116). Инфракрасный излучатель/датчик (например, 360A/360B) тоже можно использовать в сочетании с одним или обоими типами ультразвуковых излучателей/датчиков или отдельно.
Оценка кости, посредством как отражения ультразвуковых волн, так и спектрального анализа инфракрасного света, отраженного костями, обеспечивает понимание различных характеристик и свойств костей. Сочетание этих двух технологий приведет к получению более полного представления о качестве исследуемых костей. Ультразвук позволит контролировать кость в макромасштабе путем оценки вибрационного отклика кости, тогда как спектральная инфракрасная технология позволит анализировать молекулярный состав кости, поэтому сочетание инфракрасного излучателя/датчика (360A/360B) и ультразвукового излучателя/датчика (114A/114B, 116) способствует анализу двух различных характеристик костей, обеспечивая возможность более точного диагноза. Оценка двух различных параметров позволяет получать более полное представление о качестве костей, т.е. не только о плотности костей, но и о качестве костей, что фактически обеспечивает улучшение прогнозирования риска перелома.
На ФИГ. 4 изображен пример графика, показывающего поглощающую способность на различных длинах волн инфракрасного излучения, обусловленную различными характеристиками костей, в соответствии с различными вариантами реализации. Ось X представляет длины волн инфракрасного излучения в нм, а ось Y представляет поглощающую способность в мм-1. Верхняя линия представляет так называемую «компактную» или «кортикальную» кость. Кортикальная кость значительно плотнее (например, 2000 мг/см3), чем так называемая «губчатая» или «трабекулярная» кость, представленная нижними тремя линиями, которая имеет плотность в диапазоне от 250 до 400 мг/см3. Кортикальная кость обычно находится возле наружной части кости. Губчатая кость обычно находится возле концов длинных костей, вблизи суставов и в пределах внутренней части позвоночника. Воздействие остеопороза на губчатую кость более тяжелое, чем на кортикальную кость. Пример графика показывает, как поглощающая способность инфракрасных световых волн изменяется по мере снижения плотности или содержания кальция губчатой кости из-за прогрессирования остеопороза.
На ФИГ. 5 изображен один пример способа 500 неивазивного контроля характеристик костей на предмет таких состояний, как остеопороз, в соответствии с различными вариантами реализации. Хотя операции способа 500 изображены в конкретном порядке, это не следует рассматривать как ограничение. Различные операции могут быть добавлены, опущены или переупорядочены.
В блоке 502 пользователь может расположить прибор для гигиены зубов (или другой прибор, предназначенный для периодического использования пользователем, такой как бритва, ирригатор для ротовой полости, ретейнер и т. д.) таким образом, чтобы один или более излучателей и/или датчиков примкнули к нижней челюсти пользователя. Например, на ФИГ. 1 зубная щетка 100 может быть расположена таким образом, чтобы выдвижные элементы 112A и 112B (и, следовательно, излучатель 114A и датчик 114B) оказались на противоположных сторонах (т.е. боках) нижней челюсти пользователя. Или зубная щетка 100 может быть расположена таким образом, чтобы шейка 104 и приемопередатчик 116 оказались возле (например, касались в пределах заданного расстояния и т.д.) нижней челюсти пользователя. В некоторых вариантах реализации операции блока 502 могут происходить одновременно с выполнением задачи, связанной с гигиеной зубов, хотя это необязательно.
В некоторых вариантах реализации пользователь может расположить прибор соответствующим образом в ответ на звуковые и/или визуальные инструкции, предоставляемые, например, самим прибором и/или расположенным поблизости вычислительным устройством (например, 120). Например, зубная щетка 100 может быть сопряжена (например, с использованием Bluetooth) со смартфоном, планшетом, умным зеркалом и т. д. пользователя. Пользователь может инициировать на сопряженном устройстве приложение, которое обеспечивает инструкции пользователю по чистке его зубов щеткой. Приложение может также обеспечивать выходные данные, указывающие пользователю, чтобы он расположил зубную щетку 100 как описано выше, например до или после чистки зубов щеткой. Например, пользователю может быть указано поместить шейку 104 слева или справа напротив его нижней челюсти на деснах и ниже зубов. После того, как зубная щетка 100 расположена должным образом, пользователь может инициировать испускание световых или звуковых волн в течение заданного интервала времени, например нажатием исполнительного механизма. В некоторых вариантах реализации сопряженное устройство или зубная щетка 100 могут обеспечивать звуковую, визуальную или тактильную обратную связь, указывающую на истечение заданного интервала времени (или на получение достаточного измерения), чтобы пользователь мог убрать зубную щетку со своей челюсти. В некоторых вариантах реализации в случае недостаточности полученных измерений (например, пользователь двигал зубную щетку 100 во время измерения) сопряженное устройство или зубная щетка 100 может указать пользователю на необходимость повторного инициирования измерения.
В некоторых вариантах реализации зубная щетка 100 может содержать исполнительный механизм (не показан, например, кнопку или средство сброса прижимного усилия под выдвижными элементами 112A и 112B), который выполнен с возможностью приведения в действие перехода выдвижных элементов 112A и 112B между первой и второй конфигурациями, изображенными на ФИГ. 1. Пользователь может приводить в действие исполнительный механизм по завершении чистки зубов щеткой, например, чтобы выдвижные элементы 112A и 112B не мешали во время чистки зубов щеткой. В некоторых вариантах реализации выдвижные элементы 112A и 112B могут автоматически выдвигаться из зубной щетки во вторую конфигурацию, например по завершении предварительно запрограммированной процедуры чистки зубов щеткой.
В блоке 504 логика 108 может вызывать испускание одним или более излучателей (например, 114A, 116, 360A) световых волн, вместе со звуковыми волнами или без них, в направлении нижней челюсти пользователя, например в течение заданного количества времени. Например, после того, как пользователь расположил зубную щетку 100 должным образом, как описано выше, он может нажать кнопку, что приводит к инициированию излучения, например в течение нескольких секунд и т.д. В блоке 506 световые волны дополнительно со звуковыми волнами или без них, распространяющиеся от нижней челюсти пользователя, могут быть обнаружены одним или более датчиками (например, 114B, 116, 360B).
В блоке 508 сигнал, указывающий на световые волны с одной или более звуковыми волнами или без них, обнаруженные в блоке 506, может быть предоставлен, например одним или более датчиками (например, 114B, 116, 360B) в логику 108. В блоке 510 логика 108 может анализировать сигналы, как описано выше, для определения одной или более характеристик костей пользователя. Как отмечено выше, в число этих характеристик костей могут входить, без ограничений, плотность, состав и т.д. кости. В некоторых вариантах реализации в отличие от логики 108, встроенной в зубную щетку 100 для определения характеристик костей, логика 108 может просто предоставлять данные, указывающие на сигналы датчиков, на одно или более удаленных вычислительных устройств (например, 120, 124). В частности, это возможно в том случае, когда зубная щетка 100 представляет собой устройство с ограниченными ресурсами, в котором может быть недостаточно вычислительных возможностей и/или энергии батареи для самостоятельного выполнения расчетов.
На ФИГ. 6 показана блок-схема примера компьютерной системы 610. Компьютерная система 610 обычно содержит по меньшей мере один процессор 614, который обменивается данными с рядом периферийных устройств посредством подсистемы 612 шин. Используемый в настоящем документе термин «процессор» следует понимать как охватывающий различные устройства, способные выполнять различные функции, приписываемые различным компонентам, описанным в настоящем документе, такие как, например, микропроцессоры, FPGA, ASIC, другие аналогичные устройства и их комбинации. В число этих периферийных устройств могут входить подсистема 624 хранения данных, содержащая, например, подсистему 625 памяти и подсистему 626 хранения файлов, устройства 620 вывода пользовательского интерфейса, устройства 622 ввода пользовательского интерфейса и подсистема 616 сетевого интерфейса. Устройства ввода и вывода позволяют пользователю взаимодействовать с компьютерной системой 610. Подсистема 616 сетевого интерфейса обеспечивает взаимодействие с внешними сетями и сопряжена с соответствующими интерфейсными устройствами в других компьютерных системах.
В число устройств 622 ввода пользовательского интерфейса могут входить клавиатура, указательные устройства, такие как мышь, трекбол, сенсорная панель или графический планшет, сканер, сенсорный экран, встроенный в дисплей, устройства ввода звука, такие как система распознавания речи, микрофоны и/или другие виды устройств ввода. Как правило, термин «устройство ввода» используется с целью включения всех возможных типов устройств и способов ввода информации в компьютерную систему 610 или в сеть связи.
В число устройств 620 вывода пользовательского интерфейса входят подсистема отображения, принтер, факсимильный аппарат или невизуальные средства отображения, такие как устройства вывода звука. Подсистема отображения может представлять собой электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), жидкокристаллический дисплей (ЖКД), проекционное устройство или некоторый механизм для создания видимого изображения. Подсистема отображения может также обеспечивать невизуальное отображение, например, посредством устройств вывода звука. Как правило, термин «устройство вывода» используется с целью включения всех возможных типов устройств и способов вывода информации из компьютерной системы 610 пользователю или в другую машину или компьютерную систему.
Подсистема 624 хранения данных хранит конструктивные элементы программирования и данных, которые обеспечивают функциональные возможности некоторых или всех модулей, описанных в настоящем документе. Например, система 624 хранения данных может содержать логику для осуществления выбранных аспектов способа 500 и/или для реализации одного или более компонентов зубной щетки 100, удаленного вычислительного устройства 120 и/или вычислительного устройства 124 поставщика услуг здравоохранения.
Программные модули обычно исполняются процессором 614, самостоятельно или вместе с другими процессорами. Память 625, используемая в системе хранения, может содержать ряд запоминающих устройств, включая основное оперативное запоминающее устройство 630 (ОЗУ) для хранения инструкций и данных во время исполнения программы, и постоянное запоминающее устройство 632 (ПЗУ), в котором хранятся неизменные инструкции, и памяти других типов, такие как кэш-память для инструкций/данных (которые могут быть дополнительно или в качестве альтернативы неотъемлемой частью по меньшей мере одного процессора 614). Подсистема 626 хранения файлов может обеспечивать долговременное хранение файлов программ и данных и может включать в себя накопитель на жестких дисках, накопитель на гибких магнитных дисках вместе с соответствующими съемными носителями, накопитель на компакт-дисках, накопитель на оптических дисках или выполненные с возможностью съема картриджи с носителями информации. Модули, реализующие функциональные возможности определенных вариантов осуществления, могут хранится подсистемой 626 хранения файлов в системе 624 хранения данных или на других машинах, выполненных с возможностью доступа процессорами 614. Используемый в настоящей заявке термин «некратковременный компьютерочитаемый носитель информации» следует понимать как охватывающий энергозависимую память (например, ДОЗУ и СОЗУ) и энергонезависимую память (например, флэш-память, магнитное запоминающее устройство и оптическое запоминающее устройство).
Подсистема 612 шин обеспечивает механизм, позволяющий различным компонентам и подсистемам компьютерной системы 610 обмениваться данными друг с другом надлежащим образом. Хотя подсистема 612 шин показана схематически в виде одной шины, в альтернативных вариантах реализации подсистемы шин могут быть использованы несколько шин.
Компьютерная система 610 может быть разных типов, включая рабочую станцию, сервер, вычислительный кластер, блейд-сервер, ферму серверов или любую иную систему обработки данных или вычислительное устройство. В некоторых вариантах реализации компьютерная система 610 может быть реализована в облачной вычислительной среде. Поскольку компьютеры и сети постоянно изменяются, описание компьютерной системы 610, изображенной на ФИГ. 6, предназначено только в качестве определенного примера в целях иллюстрации некоторых вариантов осуществления. Возможны множество других конфигураций компьютерной системы 610, имеющих больше или меньше компонентов, чем компьютерная система. изображенная на ФИГ. 6.
Хотя в настоящем документе описаны и проиллюстрированы несколько вариантов реализации изобретения, специалисты в данной области могут без труда представить себе целый ряд других средств и/или структур для выполнения функции и/или достижения результатов и/или одного или более преимуществ, описанных в настоящем документе, и подразумевается, что каждое из таких изменений/или модификаций находится в пределах объема вариантов реализации изобретения, описанных в настоящем документе. В частности, специалистам в данной области вполне понятно, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в настоящем документе, предназначены в качестве примера, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от определенной области или областей применения, в которых используют идеи настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники узнают или смогут выявить, путем всего лишь обычного экспериментирования, множество эквивалентов конкретных вариантов реализации изобретения, описанных в настоящем документе. Поэтому понятно, что вышеуказанные варианты реализации приведены только в качестве примера, и что в пределах объема приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов варианты реализации изобретения могут быть осуществлены на практике иным образом, чем описано и заявлено. Варианты реализации настоящего изобретения относятся к каждому отдельному признаку, системе, изделию, материалу, комплекту и/или способу, описанному в настоящем документе. Кроме того, любая комбинация из двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, если такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включена в объем настоящего изобретения.
Все определения, сформулированные и используемые в настоящем документе, следует понимать как имеющие преимущество перед определениями в словарях, определениями в документах, включенных путем ссылки, и/или обычными значениями определяемых терминов.
Используемые в настоящем описании и формуле изобретения средства выражения единственного числа следует понимать как означающие «по меньшей мере один/одна/одно», если только иное не указано в явной форме.
Используемое в настоящем описании и формуле изобретения выражение «и/или» следует понимать как означающую «любой из двух или оба» из элементов, соединенных таких образом, т. е. элементов, которые в некоторых случаях представлены в конъюнктивной форме, а других случаях в дизъюнктивной форме. Несколько элементов, перечисленных с помощью «и/или», следует понимать таким же образом, т.е. «один или более» из элементов, соединенных таким образом. Могут, необязательно, присутствовать другие элементы, отличные от элементов, специально указанных с помощью выражения «и/или», вне зависимости от того, относятся ли она или не относятся к этим специально указанным элементам. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, ссылка на «A и/или B» при использовании вместе с неограничивающими терминами, такими как «содержащий», может означать в одном варианте реализации только A (включая, необязательно, элементы, отличные от B); в другом варианте реализации только B (включая, необязательно, элементы, отличные от A); в еще одном варианте реализации и A, и B (включая, необязательно, другие элементы) и т. д.
Используемый в настоящем описании и формуле изобретения союз «или» следует понимать, как имеющий то же значение, что и выражение «и/или», определенное выше. Например, при разделении элементов в списке «или» или «и/или» следует понимать как включающие, т.е. включение по меньшей мере одного, но также включение более чем одного, из числа или списка элементов и, необязательно, дополнительных неперечисленных элементов. Только выражения, в явном виде указывающие противоположное, такие как «только один/одна/одно из» или «ровно один/одна/одно из», или выражение «состоящий/состоящая/состоящее из», используемое в формуле изобретения, будут относиться ровно к одном элементу из числа или списка элементов. Как правило, используемый в настоящем документе термин «или» следует понимать только как указывающий исключительные варианты (т.е. «один или другой, но не оба»), когда ему предшествуют термины исключения, такие как «один из двух», «один из», «только один из» или «ровно один из». Выражение «состоящий по существу из», когда оно используется в формуле изобретения, должно иметь свое обычно значение, которое применяют в области патентного права.
Используемую в настоящем описании и формуле изобретения выражение «по меньшей мере один» в отношении списка из одного или более элементов следует понимать как означающую по меньшей мере один элемент, выбранный из одного или более элементов в этом списке элементов, но, необязательно, включая по меньшей мере один из каждого и каждый элемент, конкретно перечисленные в списке элементов, и не исключая никаких комбинаций элементов в списке элементов. Это определение также допускает, необязательно, присутствие элементов, отличных от элементов, конкретно указанных в списке элементов, к которым относится выражение «по меньшей мере один», вне зависимости от того, относится ли оно или нет к этим элементам, указанным конкретно. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, «по меньшей мере одно из A и B» (что равносильно, «по меньшей мере одно из A или B», или равносильно «по меньшей мере одно из A и/или B») может означать в одном варианте реализации по меньшей мере одно, необязательно, включая более, чем одно, A при отсутствии B (и, необязательно, включая элементы, отличные от B); в другом варианте реализации по меньшей мере одно, необязательно, включая более, чем одно, B при отсутствии A (и, необязательно, включая элементы, отличные от A); в еще одном варианте реализации по меньшей мере одно, необязательно, включая более, чем одно, A и по меньшей мере одно, необязательно, включая более чем одно, B (и, необязательно, включая другие элементы); и т.д.
Также следует понимать, что если иное не указано в явной форме, во всех способах, заявленных в настоящем описании, которые содержат более одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа необязательно ограничен порядком, в котором изложены этапы и действия способа.
В формуле изобретения, а также в приведенном выше описании, все переходные выражения, такие как «содержащий», «включающий в себя», «имеющий», «охватывающий», «заключающий в себе», «подразумевающий» и т. п. необходимо понимать как неограничивающие, т. е. означающие включение, но не ограничение. Только переходные выражения «состоящий из» и «состоящий по существу из» должны быть ограничивающими или полуограничивающими переходными выражениями, соответственно, как указано в «Руководстве по процедурам патентной экспертизы» патентного ведомства США, раздел 2111.03. Следует понимать, что определенные выражения и ссылочные позиции, используемые в формуле изобретения, в соответствии с правилом 6.2(b) «Договора о патентной кооперации» (PCT) не ограничивают объем изобретения.
1. Система контроля характеристик костей, содержащая:
прибор (100) для гигиены зубов, содержащий ручку (102), выполненную с возможностью удерживания пользователем;
приспособление (106), прикрепленное к ручке и выполненное с возможностью управления пользователем для осуществления задачи, относящейся к гигиене зубов;
инфракрасный излучатель (360A), установленный на приборе для гигиены зубов для испускания инфракрасного излучения (362) в направлении нижней челюсти (250, 350) пользователя;
инфракрасный датчик (360B), установленный на приборе для гигиены зубов для обнаружения ответного инфракрасного излучения (364), на которое повлияло поглощение инфракрасного излучения нижней челюстью; и
контроллер (108), соединенный с возможностью обмена данными с инфракрасным облучателем и инфракрасным датчиком и выполненный с возможностью:
управления инфракрасным излучателем (360A) для испускания инфракрасного излучения (362) в направлении нижней челюсти в течение заданного количества времени;
приема от инфракрасного датчика (360B) одного или более сигналов, указывающих на обнаруженное ответное инфракрасное излучение (364); и
определения одной или более характеристик костей пользователя с использованием спектрального анализа ответного инфракрасного излучения.
2. Система по п. 1, в которой прибор для гигиены зубов содержит электронную зубную щетку, а указанное приспособление содержит щетку (106).
3. Система по п. 1, в которой контроллер встроен в прибор для гигиены зубов.
4. Система по п. 1, в которой прибор для гигиены зубов содержит интерфейс (110) беспроводной связи, а контроллер имеет беспроводную связь с одним или более датчиками посредством интерфейса беспроводной связи.
5. Система по п. 1, в которой контроллер выполнен с возможностью обеспечения вектора признаков, выделенного из одного или более сигналов, в натренированную машиннообучаемую модель, которая выводит метку, указывающую на одну или более характеристик костей пользователя.
6. Система по п. 5, в которой метка указывает на то, что пользователь страдает остеопорозом.
7. Система по п. 5, в которой метка указывает на то, что у пользователя присутствует риск остеопороза.
8. Система по п. 1, в которой контроллер выполнен с возможностью применения спектроскопии с преобразованием Фурье для анализа рассеянного инфракрасного излучения, которое распространяется от нижней челюсти в ответ на инфракрасное излучение, испускаемое инфракрасным излучателем.
9. Система по п. 1, дополнительно содержащая один или более ультразвуковых излучателей и один или более ультразвуковых датчиков, вместе образующих ультразвуковой приемопередатчик (116).
10. Система по п. 9, в которой контроллер выполнен с возможностью: управления ультразвуковым приемопередатчиком для испускания ультразвуковых волн (252) в направлении нижней челюсти и анализа сигнала, создаваемого ультразвуковым приемопередатчиком, для измерения вибрационного отклика на испускаемые ультразвуковые волны.
11. Система по п. 1, дополнительно содержащая ультразвуковой облучатель (114A) и ультразвуковой датчик (114B).
12. Система по п. 11, в которой контроллер выполнен с возможностью: управления ультразвуковым облучателем для пропускания ультразвуковых волн через нижнюю челюсть в направлении ультразвукового датчика; и определения на основе сигнала с ультразвукового датчика скорости прохождения ультразвуковых волн через нижнюю челюсть или измерения ослабления ультразвуковых волн, вызванного нижней челюстью.
13. Система по п. 2, в которой инфракрасный облучатель и инфракрасный датчик установлены на соответствующих выдвижных элементах (112A, 112B) зубной щетки, разнесенных друг от друга на заданное расстояние,
причем каждый выдвижной элемент выполнен с возможностью перехода между первой конфигурацией, в которой выдвижной элемент по существу расположен заподлицо с поверхностью зубной щетки, и второй конфигурацией, в которой выдвижной элемент выступает перпендикулярно поверхности зубной щетки, при этом заданное расстояние выбрано так, чтобы выдвижные элементы во второй конфигурации располагались на расстоянии друг от друга с расположением по бокам нижней челюсти пользователя.
