[发明专利]一种基于惯性传感器的冲牙质量检测评估系统及方法

摘要

本发明提出一种基于惯性传感器的冲牙质量检测评估系统及方法，用于冲牙监测的应用领域。本系统包括安装在冲牙器手柄上的惯性传感器、蓝牙通信模块和微型单片机，安装在智能设备上的口腔智能卫士应用程序APP，以及Web云平台。本方法通过惯性传感器采集用户冲牙过程中的三轴加速度和角速度，对每轴数据进行分片和特征提取；然后利用标定的特征数据集进行机器学习模型训练，获得分类效果最好的几个模型；对模型的输入向量进行降维后保存在智能设备上使用。本发明所使用的硬件设备简单、成本低，便于普及，通过学习传感器数据与口腔区域的映射关系定位到用户当前清洗的牙面，实现了冲牙区域的检测，填补了冲牙领域缺乏智能检测系统的不足。

主权项

1.一种基于惯性传感器的冲牙质量检测评估系统，包括：安装在冲牙器手柄上的惯性传感器、蓝牙通信模块和微型单片机，安装在智能设备上的口腔智能卫士应用程序APP，以及Web云平台；所述的惯性传感器包含三轴加速度传感器和三轴角速度传感器，用于采集用户冲牙过程中的手部动作信息数据；所述的微型单片机对惯性传感器采集的数据进行解包和量程转换，输出的三轴加速度和三轴角速度数据通过蓝牙通信模块传输给智能设备端；所述的口腔智能卫士APP包括冲牙数据标定模块、特征提取模块、模型训练模块和实时冲牙检测评估模块；冲牙数据标定模块对接收到的三轴加速度和三轴角速度数据，进行18个口腔冲牙检测事件的标定，18个检测事件包括16个牙齿区域以及漱口和噪声事件；特征提取模块对接收到的三轴加速度和三轴角速度数据进行归一化处理后，对数据使用傅里叶变化分析后的最佳窗口分片，对时间片内每一轴的加速度、角速度进行统计特征提取，抽取的统计特征包括最大值、最小值、平均值、众数、标准差、中位数和上、下四分位数共八个特征，一个时间片内提取的统计特征组成一条特征向量；对标定的惯性传感器数据提取特征向量后形成训练数据集；模型训练模块将训练数据集划分为训练集和测试集，选取多个不同的机器学习模型，进行模型训练，选取其中分类效果最佳的模型集成最终模型；模型训练模块对选取的模型采用主成分分析法进行优化，以减少输入的特征数量，并将优化后的最终模型存储到口腔智能卫士APP中的实时冲牙检测评估模块中；实时冲牙检测评估模块在用户冲牙时运行；惯性传感器实时采集用户冲牙过程中的手部动作信息数据，经解包和量程转换后传输给特征提取模块；特征提取模块对接收到的三轴加速度和三轴角速度数据进行归一化处理和特征提取，将得到的特征向量输入实时冲牙检测评估模块；实时冲牙检测评估模块对输入的特征向量通过最终模型检测事件，记录16个口腔区域的清洁时间，在APP界面对当前用户正在冲洗的牙面通过动画进行高亮闪烁显示，在用户一次冲牙结束后，对未达到目标时间的口腔区域进行标示，同时将用户的冲牙数据同步上传到Web云平台。