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基于人体工程学的保健牙刷设计

深圳市人体工程学应用协会 2018-06-25 07:47:16


人体工程学产品评价体系正式确立

基 于 人 体 工 程 学

保 健 牙 刷?

在个人口腔卫生保健的诸多方法中,每日刷牙是预防牙齿疾病最基本、最有效的方法,也是最常用的口腔保健措施。掌握正确刷牙方法,可有效去除菌斑和软垢,并借助于牙刷的按摩作用增进牙龈组织的血液循环和上皮组织的?#33108;?从而有助于增强牙周组织对局部刺激的防御能力,维护牙龈的健康。现代社会传统的牙刷已逐步被具有新型刷头、刷毛和刷柄设计,更加适合清除残存在牙齿之间及牙齿边缘的食物和菌斑的要求的保健型牙刷所取代。

口腔保健与刷牙

刷牙是保持良好口腔卫生状况以及做好牙齿表面清洁的重要措施,它的作用是去除牙齿表面的牙菌斑和软垢、食物残渣?#21462;?#21047;牙方法的正确与否所得到的清洁效果有很大差异。刷牙也是预防龋病和牙周病的有效措施。设计良好的牙刷更能有效地去除牙菌斑,减少菌斑在牙面堆积和附着,同?#34987;?#33021;发挥其对牙龈的按摩作用,促进口腔健康。

临床实践证明,牙菌斑是导致龋病和牙周病的首要原因,控制牙菌斑是维持牙体牙周组织健康的关键,刷牙是去除软垢、牙菌斑最有效的方法。选择设计合理的牙刷、掌握正确的刷牙方法,对口腔保健意义重大。

正常人的牙齿有颊侧、舌侧、咬合面等3个面及相邻的两个牙齿的邻面(邻面外展隙)需要清洁,刷牙时,要能保证这3个面都能刷到,清洁彻底,并保护牙龈不被损伤。影响刷牙效果的因素很多,除牙刷自身的结构特征外,刷牙方法及技巧的掌握,如:刷牙时间的长短、压力大小的控制等也是影响清洁效果的重要因素。研究结果显示,单纯清洁牙齿,刷牙时间越长清洁效果越显著,以1/4颌计,刷牙时间达到30 s时(全口2min),各种牙刷都能达到90%以?#31995;?#28165;洁效果。从口腔保健考虑,更要注重牙刷压力及刷牙方法的影响。

目前被人们研究过的刷牙方法主要分为横刷法、贝斯法(Bass法)、旋转法(Roll法)?#21462;?#20854;中,因横刷法已被认为是造成牙齿楔状缺损的重要因素之一,已很少有人采用。

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贝斯法:主要利用刷毛的弹性,通过颤动的方式,使用毛尖清除食物残渣,同时按摩牙龈。具体过程如下:

(1)在刷牙齿的内(舌腭)、外(唇颊)两面时,使刷毛与牙齿长轴呈45度角轻压刷毛,使毛尖端进入牙与牙之间的缝隙和牙与牙龈交界的牙龈?#30340;?水平颤动6~8次,颤动距离约1~2mm。

(2)在刷前牙内面时,将牙刷竖起,用刷头尖端的刷毛作水?#20132;?#22402;直颤动6~8次。

(3)在刷牙齿的咬合面时,要加大压力,以使刷毛尖端进入咬合面的?#21387;?#28857;隙中,沿牙弓的方向水平颤动移动。

(4)将刷头伸至靠近咽喉的末端牙,旋转刷头清洁末端牙轴面。

(5)这种方法对清除牙颈部及龈?#30340;?#33740;斑的效果好,且对牙龈有良好的刺激,对牙周疾病有较好的预防效果。但是,这种刷牙方法要求操作技巧较高,普通消费者较难全面掌握。

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旋转法:是对贝斯法的简化,通过旋转刷毛利用刷毛的弹性达?#35282;?#29702;牙齿的目的。

具体过程如下:(1)刷前牙唇面、后牙颊面和后牙舌腭面部位时,刷毛前端朝向牙龈,即刷上牙毛朝上,刷下牙毛朝下。刷毛与牙面呈45度角从牙龈往牙冠方向作小环形旋转刷。

(2)刷后牙咬合面时将刷毛放在咬面上,小环形旋转刷。

(3)刷前牙舌腭面时,刷毛前端直接放在牙齿的舌腭面上,顺牙缝刷洗,即向下拉刷上牙,向上提刷下牙。至此,所有牙面清洁完毕。该方法比较简单,容易掌握,效果较好。


1F
刷牙过程的人机关系


刷牙时,主要靠手部用力,同时带动前臂及上臂绕肩关节摆动,由手与?#30452;?#20849;同来完成操作。因需要手控制牙刷在狭小的空间内对多个牙齿表面进行清洁操作,完成短距离移动、转动、摆动等动作,虽然用力不大,但对手部操作的灵活性要求较高。


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刷牙的压力及压强

刷牙的压力是指刷牙时刷头对牙面的正压力。刷牙的压强指牙刷与牙面接触后,刷毛单位面积对压面的压力。刷牙压力大小一般儿童小于成人,电动牙刷小于手动牙刷。根据Hasegawa提出的以“清洁效果最佳,牙龈无疼痛感亦不出血为最适力”的概念,有关实验结果显示:儿童刷牙时(4~5岁)最适力为3 N,成人为3~4 N,用贝斯法刷牙为2 N。我们在使用时,主要利用刷毛和牙刷颈部的弹性,通过手的灵活操作来控制力度,避免伤到牙龈。

3F
刷牙时手部的运动

刷牙过程中,由手的屈肌和伸肌的共同协作来完成操作。在牙刷沿牙齿表面运动过程中,从口腔后部最难清洁的牙齿内外表面处开始,牙刷的运动方向为直线运动,由大臂带动小臂完成;在口腔后半部牙齿与前面牙齿的转角(尖牙及双尖牙)处,牙刷的运动方向由直线运动转为沿齿面的弧线运动,这个运动方向的改变受人体骨骼系统(关节面、肌肉附着)影响,由腕部的小弧线运动完成(如,图1)。


根据人手腕部的受力特征,水平横刷口腔后部臼齿的内侧时,牙刷柄前倾时,人手腕部接近自然位置,手腕感觉最舒适。在刷柄沿长轴方向?#39034;?#21475;腔的过程中,手腕处于尺(挠)侧偏?#21050;?感觉最不舒适。

刷外侧牙面时,牙刷在沿着牙床垂直的方向上下摆动的同时做前后移动,刷柄交替前(后)倾,以完成左上、下和有上、下牙面得清洁。刷柄后倾时,人手腕部接近自然位置,手腕感觉最舒适。刷柄前倾时,手腕处于尺(挠)侧偏?#21050;?手腕感觉最不舒适。

竖刷牙齿邻面间隙时,通过腕关节的上下摆动控制牙刷在沿轴向做内外旋转动作的同时,完成刷毛从牙龈缘方向到咬合面方向的运动。刷洗上下后牙(臼齿)咬合面时,因刷头需后倾,此时直柄牙刷手腕感觉最舒适。刷洗前表面时,牙刷颈部后倾,手腕感觉最舒适。



4F
牙刷柄的握持方式

由于牙刷尺寸较小且刷牙所需的力较小,因而不需像使用一般工具那样采用五指握持方式,一般只需用拇指、食指与中指配合手掌采用捏持方式。无名指与小指压住牙刷后部,控制牙刷的稳定性和准确性,依靠腕关节转动,清洁口腔各个部位。

刷 毛 设 计

刷毛直接与牙齿接触,借助牙膏的作用,达?#35282;?#27905;牙齿的目的。刷毛是体现牙刷清洁功能的最主要部分,因此刷毛的材料、形态、排列方式直接影响到刷牙的舒?#24066;?#21644;清洁效果

(1)刷毛材料

天然鬃毛用做刷毛材料,虽然具有柔软、吸附牙膏效果好等特点,但因其干燥慢、寿命短已被丝条美观、易干、视觉清爽的耐力丝(尼龙b12)代替。这?#20013;?#22411;的刷毛材料通过?#32771;?#30340;磨毛加工,可以做成各?#20013;?#29366;(如,图2),?#32771;?#25104;为更细的绒毛状,更柔软、更舒适。

(2)刷毛排列

牙刷的运动方向刷毛?#32771;?#31471;轮廓按刷毛的排列分为四排毛、三排毛和两排毛3种。排数少,在口腔内运用方便,但单薄,易倒毛,不耐用;毛密有利于铺开牙膏,清刷作用强,但不利于牙刷本身的清洁,毛根部容易藏污。根据实验研究,一般牙齿健康的成年人,以选用四排毛的牙刷为宜。根据口腔颊侧间隙及植毛工艺要求,刷毛高度以9~10 mm为?#36873;?/span>

牙刷刷毛的排列型式分为直线形、锯齿形、V形和交错形几种,不同的列形式清除牙齿缝隙间食物残渣的效果略有不同。直线形牙刷适于牙齿比较整齐的人使用,牙齿不太整齐的人最好选用锯齿形牙刷,V型和交错形牙刷对牙间隙的清洁更好。

根据清洁部位的不同,内外刷毛材料、丝径不一样,外围束的刷毛应软一些,有利于按摩牙龈;内部束的刷毛要硬一些,有利于清洁牙齿。


刷 头 设 计

牙刷的刷头包括刷毛与置毛基座部分,主要在口腔内运动,刷头的的形状对刷牙的效果有很大影响。刷毛太大,运动不变,对口腔内下颌前齿内、舌两侧等狭小部分的清洁效果不?#36873;?#20799;童的口腔小,乳牙釉质矿化较差,应使用柔软刷毛的小刷头牙刷,以免刺破牙龈。

由于口腔后部空间狭小,特别是在清洁后齿各面时,需在狭小空间舒适的完成前后、上下弧线、?#27605;?#36816;动,根据这一运动特点,刷头的形状宜采用近椭?#27531;?#24182;做修缘处理。根据有关人体尺寸,结?#29616;?#27611;工艺要求,适用于成人的刷头尺寸宽度应为11~15 mm,长度为18~35 mm较为合理。

人的舌头无数个凸起的味蕾很容易藏污纳垢,滋生引起口腔异味的细菌。可在刷头背?#21487;?#32622;舌苔清洁软刷,刷毛长度﹤1 mm,间距1 mm左右,材质宜采用柔软的胶质,以便安全、舒适、有效地清除聚集在舌头表面和口腔内壁上那些容易引起口腔异味的细菌,令口气更清新。


刷 柄 设 计

根据人的口腔特点,刷柄是牙刷中最主要的设计部分,包括刷柄长度及刷柄曲?#21462;?/span>

根据人体生物力学,?#31181;?#21576;弯曲半握,捏拿时所产生的力,以中指最强的,小指最弱。而当用其它?#31181;概?#21512;拇指和夹住物品时,以拇指与食指捏力最大,中指、无名指、小指依次减弱。刷牙时,一般大拇指与其余四指头握住刷柄,大拇指前伸抵住刷柄,付出的力是最大的。刷柄的刷柄的长度应该达到五指宽左右,这样能够保证既能有效用力又能准确灵活控制。根据这一要求,刷柄长度宜在95~115 mm之间,同时,应在刷柄前部(大拇指与食指握位)采用防滑设计。

在牙刷设计中,要特别注意牙齿内表面的清洁过程,尤其是刷头在做短弧运动时,为减少手腕部处于尺(挠)侧偏?#21050;?#25152;带来的不舒适,刷柄应向刷背侧弯曲,即带后弯的牙刷?#25925;?#33109;感觉最舒适。刷柄后弯的角度受嘴型大小和齿颊侧间隙影响。若后弯角度小,则刷口腔后半部牙齿时(牙刷为直线运动)舒适,刷前面牙齿时(牙刷为沿齿面的弧线运动),手腕处于尺(挠)侧偏?#21050;?感觉不舒适;若后弯角度大,则在刷口腔后半部牙齿时,后弯的刷柄会横向拉扯口唇部,使人感觉不适。如图3所示,刷柄后倾角为α。

根据有关人体尺寸及分析牙刷在口腔内的运动轨迹,刷柄的后倾角应控制在180~280度之间。同时,牙刷颈部应作弹性设计,以适应牙刷运动方向的变化给操作带来的不适。

讨 论

从产品设计角度看,牙刷的清洁效果和使用舒?#24066;?#30340;影响因素主要来自两个方面:一是产品自身的形态,包括刷毛的形态和刷毛的材质;二是产品的操作性能,包括刷柄的长?#21462;?#24418;状和材质以及刷头的形状。由于成人口腔人体尺寸的特点及固有生理特征,刷头形态与刷毛设计受到较大限制。

而在整个刷牙过程中,需要手握刷柄灵活运动才能达到理想的清洁效果。因而,刷柄的设计应该是牙刷设计的重点,保证握持舒适,操纵灵活是需要重点解决的问题。本文给出的刷柄长度和后倾角的范围,是根据我国成人人体尺寸数据,人体生物力学原理以及由手掌、手腕、?#31181;狻?#21069;臂、上臂组成的连杆机构运动学特征,结合多年从事牙防工作实践得出的,具体实用效果如何还需要大量的临床实践验证。

牙刷不同于一般的生活用品,作为护齿的有效工具,应具有方便、有效和舒适的特点。在设计上首先应考虑的是人机工程学、生理学、材料学?#30830;?#38754;的影响因素,在满足使用要求的前提下,再对其进行美化设计,满足用户不同审美观的需求。在充分了解用户需求和市场发展趋势情况下,开发?#40840;?#22810;不同种类的牙刷,保持口腔卫生,增进口腔健康。


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