Toothbrushing plays an important role in daily dental plaque removal for preventive dentistry. Prior work has investigated improvements on toothbrushing with sensing technologies. But existing toothbrushing support focuses mostly on estimating brushing coverage. Users thus only have indirect information about how well their toothbrushing removes dental plaque. We present LumiO, a toothbrush that offers users continuous feedback on the amount of plaque on teeth. LumiO uses a well-known method for plaque detection, called Quantitative Light-induced Fluorescence (QLF). QLF exploits a red fluorescence property that bacterium in the plaque demonstrates when a blue-violet ray is cast. Blue-violet light excites this fluorescence property, and a camera with an optical filter can capture plaque in pink. We incorporate this technology into an electric toothbrush to achieve improvements in performance on plaque removal in daily dental care. This paper first discusses related work in sensing for oral activities and interaction as well as dental care with technologies. We then describe the principles of QLF, the hardware design of LumiO, and our vision-based plaque detection method. Our evaluations show that the vision-based plaque detection method with three machine learning techniques can achieve F-measures of 0.68 – 0.92 under user-dependent training. Qualitative evidence also suggests that study participants were able to have improved awareness of plaque and build confidence on their toothbrushing.
予防歯科のための日常的な歯垢除去において，歯磨きは重要な役割を果たしている．先行研究では様々なセンシング技術によって歯磨きの改善を行なってきた．しかし，これらは主に歯磨きが行われた範囲を推定するのみであり，歯垢が適切に除去されたかについての情報を用いていなかった．そこで我々は歯垢の量をユーザに継続的にフィードバックする歯ブラシ，LumiOを提案する．LumiOは歯垢検出のために，定量的可視光誘導蛍光法（QLF法）を使用している．QLF法は，青紫色光線を当てられた歯垢内のバクテリアが赤色の蛍光特性を示すことを利用している．これにより，光学フィルタを施したカメラによって歯垢をピンク色として捉えることができる．我々はユーザが日常生活の中でより効果的に歯垢を除去できるよう，電動歯ブラシにこの技術を組み込んだ．本稿ではまず，口を用いる行動とそれにまつわるインタラクション技術，ならびに歯科医療技術についての関連研究について述べる．その後，QLF法の原理，LumiOのハードウェアデザイン，そして画像処理を用いた歯垢検出法について述べる．ユーザ依存の学習を行なった3種類の機械学習を用いて，歯垢検出を評価した結果，F値0.68〜0.92となった．実際にユーザにLumiOを使用してもらった結果，LumiOによって歯垢への意識が高められ，自信を持って歯磨きできるようになるということがわかった．
T. Yoshitani, M. Ogata, and K. Yatani. LumiO: A Plaque-aware Toothbrush. in Proceedings of UbiComp 2016, 2016.
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