RU2122819C1

RU2122819C1 - Toothbrush

Info

Publication number: RU2122819C1
Application number: RU97105452A
Authority: RU
Inventors: Г.Б. Альтшулер
Original assignee: Альтшулер Григорий Борисович
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1998-12-10

Abstract

FIELD: sanitary and hygienic articles used also for eliminating mouth cavity diseases. SUBSTANCE: toothbrush has handle with cavity and head with bristles. Optical radiation source is positioned within head. The portion adjacent to place where optical radiation is emitted is free from toothbrush head material and bristles. Electric power source is positioned in handle cavity. Arrangement of optical emitter in toothbrush head and absence of bristles above it increase light efficiency. EFFECT: reduced power consumption and tooth cleaning time and improved medicinal and prophylactic effect. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к зубным щеткам и может быть использовано в стоматологии для профилактики и лечения болезней полости рта. The invention relates to toothbrushes and can be used in dentistry for the prevention and treatment of diseases of the oral cavity.

Известна зубная щетка с инфракрасным излучением (заявка Японии N 3-15883, A 46 B 15/00, A 61 N 5/06, D 01 F 8/04, опубл. 04.03.91), состоящая из рукоятки со встроенным источником питания, нагревательным элементом и головки со щетиной, выполненных из специального термоактивного материала, излучающего в дальней инфракрасной области. Основным недостатком является отсутствие излучения, производящего профилактическое и лечебное действие на ткани полости рта. Known toothbrush with infrared radiation (Japanese application N 3-15883, A 46 B 15/00, A 61 N 5/06, D 01 F 8/04, publ. 04.03.91), consisting of a handle with a built-in power source, a heating element and heads with bristles made of a special thermoactive material emitting in the far infrared region. The main disadvantage is the lack of radiation that produces a preventive and therapeutic effect on the tissues of the oral cavity.

Наиболее близкой по технической сущности и принятой за прототип является зубная щетка (RU патент N 20890853, A 46 B 15/00, 10.09.90), состоящая из рукоятки с полостью, головки со щетиной и встроенных в полость рукоятки, соединенных через устройство коммутации источника излучения и электрического питания, где источником излучения является источник излучения оптического диапазона, а головка выполнена из прозрачного материала. The closest in technical essence and adopted for the prototype is a toothbrush (RU patent N 20890853, A 46 B 15/00, 10.09.90), consisting of a handle with a cavity, a head with bristles and handles built into the cavity, connected through a source switching device radiation and electrical power, where the radiation source is an optical radiation source, and the head is made of transparent material.

Основными недостатками прототипа являются низкая световая эффективность и низкая поверхностная плотность мощности светового излучения, выходящего из щетки и освещающего ткани полости рта. Эти недостатки обусловлены поглощением излучения в головке щетки и его рассеянием в щетине из-за неудачного расположения излучателя в рукоятке щетки. The main disadvantages of the prototype are low light efficiency and low surface power density of light radiation coming out of the brush and illuminating the tissues of the oral cavity. These disadvantages are due to the absorption of radiation in the brush head and its scattering in the bristles due to the poor location of the emitter in the brush handle.

В то же время, по данным многих авторов (см., например, Кунин, Мясковский, журнал "Стоматология", N 12, 1982 г. ; Прохончуков А.А., журнал "Стоматология", N 6, с. 77-78, 1987 г.), для получения положительного клинического эффекта при профилактике и лечении различных болезней полости рта требуется иметь достаточно большие пороговые поверхностные плотности мощности излучения, освещающего ткани полости рта, составляющие как минимум 5 мВт на 1 см².At the same time, according to many authors (see, for example, Kunin, Myaskovsky, the journal "Dentistry", N 12, 1982; Prokhonchukov A.A., the journal "Dentistry", N 6, pp. 77-78 , 1987), to obtain a positive clinical effect in the prevention and treatment of various diseases of the oral cavity, it is necessary to have sufficiently large threshold surface power densities of radiation illuminating the tissues of the oral cavity, comprising at least 5 mW per 1 cm ² .

То есть для достижения положительного клинического эффекта необходимы достаточно большие пороговые значения поверхностной плотности мощности на облучаемой поверхности, ниже которых эффект не наблюдается. Для современных источников излучения это означает, что нужно минимизировать потери света на пути от источника излучения до облучаемой поверхности (ткани полости рта), а также обеспечивать необходимые, достаточно большие пороговые значения поверхностной плотности мощности за счет уменьшения облучаемой источником поверхности. Возможность увеличения поверхностной плотности мощности по сравнению с пороговой в определенных пределах позволяет в такое же количество раз сократить длительность процедуры. That is, to achieve a positive clinical effect, sufficiently large threshold values of the surface power density on the irradiated surface are needed, below which the effect is not observed. For modern radiation sources, this means that it is necessary to minimize the light loss on the way from the radiation source to the irradiated surface (oral tissue), and also to provide the necessary, sufficiently large threshold values of the surface power density by reducing the surface irradiated by the source. The possibility of increasing the surface power density compared to the threshold power within certain limits allows reducing the duration of the procedure by the same number of times.

Многие источники оптического излучения, например светодиоды, полупроводниковые лазеры и другие, имеют достаточные мощности, снабжены коллимирующими или фокусирующими оптическими элементами и позволяют обеспечить на выходе источника излучения необходимые, достаточно большие поверхностные плотности мощности излучения. Однако их использование в прототипе по указанным причинам (светопотери, значительное удаление от облучаемой поверхности, поскольку они расположены в ручке щетки, необходимость распределения излучения источника излучения на всю поверхность щетки под щетиной и особенно светорассеяние в щетине) в десятки раз уменьшает поверхностную плотность мощности (этот важнейший для положительного клинического эффекта параметр), обеспечиваемую источником излучения, что является существенным недостатком прототипа. Many sources of optical radiation, such as LEDs, semiconductor lasers, and others, have sufficient power, are equipped with collimating or focusing optical elements and can provide the necessary, sufficiently large surface power densities of radiation at the output of the radiation source. However, their use in the prototype for these reasons (light loss, a significant distance from the irradiated surface, since they are located in the brush handle, the need to distribute the radiation of the radiation source over the entire surface of the brush under the bristles, and especially light scattering in the bristles) reduces the surface power density tens of times (this the most important parameter for a positive clinical effect) provided by the radiation source, which is a significant disadvantage of the prototype.

Это можно подтвердить простейшими расчетами. Допустим, что источник излучения обеспечивает на своем выходе вблизи излучающей поверхности поверхностную плотность мощности 200 мВт/см² на площади 0,5 см². В прототипе его излучение над распределить на всю поверхность под щетиной щетки, чтобы вся поверхность щетины щетки равномерно светилась, освещая ткани полости рта. Площадь поверхности под щетиной стандартной щетки составляет около 3 см². Это означает уже снижение поверхностной плотности мощности в шесть раз. Далее в прототипе это излучение пропускается через щетину, которая, даже будучи прозрачной, является мощным рассеивателем излучения, причем рассеяние излучения происходит по всем возможным направлениям в угол 360^o, следовательно, и в обратном, и боковых направлениях, так что на выходе щетины поверхностная плотность мощности будет уменьшена минимум еще в четыре раза, что означает суммарное снижение поверхностной плотности мощности по отношению к обеспечиваемой источником излучения в двадцать четыре раза. Однако, если учесть, что щетина щетки имеет высоту около 1 см и в ней происходит многократное переотражение светового излучения, приводящее к дополнительному светорассеянию по всем возможным направлением и сопровождающееся поглощением, так как абсолютно непоглощающих материалов не существует, поверхностная плотность мощности излучения на выходе из щетины будет еще уменьшена в десятки раз. Это и позволяет утверждать, что в прототипе та поверхностная плотность мощности, которая могла бы быть обеспечена источником излучения, уменьшается в десятки, сотни раз.This can be confirmed by simple calculations. Suppose that a radiation source provides at its output near a radiating surface a surface power density of 200 mW / cm ² over an area of 0.5 cm ² . In the prototype, its radiation is distributed over the entire surface under the brush bristles so that the entire surface of the brush bristles uniformly glows, illuminating the tissues of the oral cavity. The surface area under the bristles of a standard brush is about 3 cm ² . This means a six-fold reduction in surface power density. Further, in the prototype, this radiation is transmitted through the bristles, which, even being transparent, are a powerful radiation scatterer, and the radiation scatters in all possible directions at an angle of 360 ^o , therefore, in the opposite and lateral directions, so that the surface density at the bristle exit power will be reduced by at least another four times, which means a total decrease in the surface power density in relation to the radiation source provided by twenty-four times. However, taking into account that the brush bristles are about 1 cm high and multiple re-reflection of light occurs in it, leading to additional light scattering in all possible directions and accompanied by absorption, since absolutely non-absorbing materials do not exist, the surface radiation power density at the output of the bristles will be reduced tenfold. This allows us to argue that in the prototype the surface power density that could be provided by the radiation source is reduced by tens, hundreds of times.

Для повышения поверхностной плотности мощности излучения до значений, которые могли бы обеспечить источники излучения в случае, если бы их излучение непосредственно облучало ткани полости рта, в прототипе требуется в десятки, сотни раз увеличивать мощность источника, что практически оказывается нереальным, и даже в случае реализации приводит к повышению энергопотребления в такое же количество раз, а также к тепловыделению (значительному нагреву) в месте расположения источника излучения. В случае же невозможности такого повышения мощности источника излучения поверхностная плотность мощности излучения на тканях полости рта будет небольшой, что может привести к необходимости значительного увеличения длительности процедуры, значительно превышающей разумные значения (время привычного пользования зубной щеткой), либо вообще к отсутствию положительного клинического эффекта, если поверхностные плотности мощности излучения будут ниже пороговых значений. To increase the surface density of radiation power to values that could provide radiation sources if their radiation directly irradiated the tissues of the oral cavity, the prototype requires tens, hundreds of times to increase the power of the source, which is practically unrealistic, and even if implemented leads to an increase in energy consumption by the same number of times, as well as to heat generation (significant heating) at the location of the radiation source. In the case of the impossibility of such an increase in the power of the radiation source, the surface density of the radiation power on the tissues of the oral cavity will be small, which may lead to the need for a significant increase in the duration of the procedure significantly exceeding reasonable values (the time of usual use of the toothbrush), or in general to the absence of a positive clinical effect if surface radiation power densities are lower than threshold values.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в значительном повышении световой эффективности и поверхностной плотности мощности излучения зубной щетки, использующей оптическое излучение и предназначенной для профилактического и лечебного воздействия на ткани полости рта, что приводит к значительному уменьшению энергопотребления, сокращению времени процедуры и повышению лечебной эффективности щетки. The problem to which the invention is directed, is to significantly increase the light efficiency and surface density of the radiation power of a toothbrush using optical radiation and intended for preventive and therapeutic effects on oral tissue, which leads to a significant reduction in energy consumption, shortening the procedure time and increasing therapeutic effectiveness of the brush.

Указанная задача решается при осуществлении изобретения за счет технического результата, заключающегося в максимальном повышении эффективности источника излучения (минимизации светопотерь) и обеспечении более высокой поверхностной плотности мощности на тканях полости рта, необходимой для достижения клинического эффекта. This problem is solved during the implementation of the invention due to the technical result, which consists in maximizing the efficiency of the radiation source (minimizing light loss) and providing a higher surface power density on the tissues of the oral cavity, necessary to achieve a clinical effect.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в зубной щетке, содержащей рукоятку с полостью, головку со щетиной, источник излучения, электрически соединенный через устройство коммутации со встроенным в полость рукоятки источником электрического питания, источник оптического излучения расположен в головке щетки. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in a toothbrush containing a handle with a cavity, a head with a bristle, a radiation source electrically connected through a switching device with an electric power source integrated in the handle cavity, the optical radiation source is located in the brush head.

В месте выхода излучения из головки материал головки щетки и щетина могут отсутствовать. In the place where the radiation exits the head, the material of the brush head and bristles may be absent.

Поверхность головки щетки над источником излучения может быть выполнена из прозрачного для излучения источника материала в виде оптической линзы. The surface of the brush head above the radiation source may be made of a material transparent to radiation in the form of an optical lens.

В головку щетки может быть встроено несколько источников излучения. Several sources of radiation can be integrated into the brush head.

Головка и рукоятка щетки могут содержать электрический разъем. The brush head and handle may include an electrical connector.

Проведенные экспериментальные исследования с использованием промышленного измерителя ИМО-3 подтвердили изложенные теоретические предпосылки и показали, что поверхностные плотности мощности в предлагаемом изобретении более чем в 60 раз по отношению к прототипу. Conducted experimental studies using an industrial meter IMO-3 confirmed the theoretical background stated and showed that the surface power density in the present invention is more than 60 times in relation to the prototype.

По сведениям автора, изложенный признак является новым, а само техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень". According to the author, the stated feature is new, and the technical solution itself meets the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена зубная щетка со встроенным в головку светодиодом; на фиг. 2 - щетка с двумя источниками излучения с оптическими линзами из материала, прозрачного для излучения источников. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a toothbrush with a LED integrated in the head; in FIG. 2 - brush with two radiation sources with optical lenses from a material transparent to radiation sources.

Зубная щетка (фиг. 1) состоит из рукоятки 1 с полостью 2, в которой установлен источник электрического питания 3, соединенный с источником оптического излучения 4, расположенного в головке 5 на уровне основания щетины 6, посредством контактов 7, замыкаемых в цепь питания источника излучения 4 устройством коммутации 8. The toothbrush (Fig. 1) consists of a handle 1 with a cavity 2, in which an electric power source 3 is mounted, connected to an optical radiation source 4 located in the head 5 at the level of the base of the bristles 6, by means of contacts 7 closed to the radiation source power circuit 4 switching device 8.

Вариант изготовления щетки с возможностью отделения головки 5 от рукоятки 1 с учетом их электрического соединения с помощью разъема 9 и сформированными над источниками излучения 4 оптическими линзами 10 представлен на фиг. 2. An embodiment of the manufacture of the brush with the possibility of separating the head 5 from the handle 1, taking into account their electrical connection using the connector 9 and optical lenses 10 formed above the radiation sources 4, is shown in FIG. 2.

Одна часть электрического разъема 9 закреплена на головке щетки и электрически соединена с источником электрического излучения, а другая закреплена на ручке щетки и электрически соединена с устройством коммутации и источником электрического питания. One part of the electrical connector 9 is mounted on the brush head and is electrically connected to a source of electrical radiation, and the other is mounted on the brush handle and electrically connected to a switching device and an electrical power source.

Устройство работает следующим образом. После включения источника оптического излучения 4 с помощью устройства коммутации 8 излучение от источника 4 освещает полость рта, обеспечивая без потерь в материале головки щетки и щетине необходимую поверхностную плотность мощности излучения на тканях полости рта. The device operates as follows. After switching on the optical radiation source 4 using the switching device 8, the radiation from the source 4 illuminates the oral cavity, providing without loss in the material of the brush head and bristles the necessary surface radiation power density on the tissues of the oral cavity.

Расположенная над источником оптического излучения 4 положительная линза 10 позволяет формировать требуемую диаграмму направленности излучения. При необходимости спектральный состав излучения от нескольких источников излучения 4 может быть различным. Наличие электрического разъема 9 дает возможность отделения головки щетки 5 от ручки 1 с целью смены головки щетки. Located above the optical radiation source 4, the positive lens 10 allows you to form the desired radiation pattern. If necessary, the spectral composition of radiation from several radiation sources 4 may be different. The presence of an electrical connector 9 makes it possible to separate the brush head 5 from the handle 1 in order to change the brush head.

Пример конкретной реализации заявляемого устройства состоит в следующем: в качестве источников излучения использованы лазерные диоды SDL-2380-S с длиной волны излучения 810 нм, SDL-7430 с длиной волны 675 нм (см. Product Catalog SDL "Semiconductor Diode Lasers" 1995). В качестве светодиодов LEDS-5 и LEDS-3 (голубой, зеленый, красный) или L53 3000 mkd (см. Catalog "RS components", Vienna, 1995). В качестве малогабаритного источника питания - VARTA crom 547 или типа AA. An example of a specific implementation of the claimed device is as follows: laser diodes SDL-2380-S with a wavelength of 810 nm, SDL-7430 with a wavelength of 675 nm were used as radiation sources (see Product Catalog SDL "Semiconductor Diode Lasers" 1995). As LEDs LEDS-5 and LEDS-3 (blue, green, red) or L53 3000 mkd (see Catalog "RS components", Vienna, 1995). As a small-sized power supply - VARTA crom 547 or type AA.

Таким образом, на основании вышеизложенного, заявляемая совокупность признаков в предлагаемом устройстве позволяет значительно повысить световую эффективность щетки, поверхностную плотность мощности выходящего из нее излучения, что приводит к значительному уменьшению энергопотребления, уменьшению длительности процедуры и повышению эффективности профилактического и лечебного воздействия на ткани полости рта. Thus, based on the foregoing, the claimed combination of features in the proposed device can significantly increase the light efficiency of the brush, the surface power density of the radiation emanating from it, which leads to a significant decrease in energy consumption, a decrease in the duration of the procedure and an increase in the effectiveness of preventive and therapeutic effects on oral tissue.

Claims

1. A toothbrush comprising a handle with a cavity, a head with a bristle, an optical radiation source electrically connected through a switching device to an electric power source integrated in the handle cavity, characterized in that the optical radiation source is located in the brush head, the material of the brush head and bristles in there is no radiation exit from the head, the brush handle and its head are equipped with an electrical connector, one part of which is mounted on the brush head and is electrically connected to an optical source of radiation, and the other is fixed to the brush handle and electrically connected to the switching device and the source of electrical power.

2. The brush according to claim 1, characterized in that the surface of the brush head above the optical radiation source is made of a material transparent to radiation in the form of an optical lens.

3. The brush according to claim 1, characterized in that more than one optical radiation source is integrated in the brush head.