IT-gestützt die Zähne putzen

„Rauf und runter“, „von vorne nach hinten“ oder „von Rot nach Weiß und dann im Kreis“… So einfach ist das gar nicht mit dem Zähneputzen. Es gibt zahlreiche unterschiedliche Empfehlungen für die verschiedensten Techniken und Werkzeuge zur richtigen Zahnreinigung. Welches die tatsächlich richtigen sind? „Das weiß heute niemand wirklich“, so Dr.-Ing. Dietmar Prestel. „Den meisten Menschen ist unbekannt, wie sie alle wichtigen Flächen im Mund erreichen und welche Zahnputztechniken gleichzeitig wirksam sind und das Zahnfleisch nicht verletzten.“ In seiner Dissertation an der FernUniversität in Hagen hat sich Dietmar Prestel mit der „Informationstechnischen Verbesserung der Zahnreinigung“ befasst und wesentliche Grundlagen für die Entwicklung „intelligenter Zahnbürsten für jedermann“ entwickelt. Darüber hinaus sind seine Ergebnisse wichtige Grundlagen für die Erforschung der richtigen Bewegungen für die Zahnreinigung.

Betreut wurde Dietmar Prestel bei seiner Dissertation an der FernUniversität von Prof. Dr. Dr. Wolfgang A. Halang (bis zum 31. März 2017 Leiter des Lehrgebiets Informationstechnik) und an der Hochschule Kempten von Prof. Dr. Arnulf Deinzer. An der dortigen Kemptener Fakultät Informatik ist Prestel als Ingenieur tätig.

Ein Mann in dunklem Anzug mit bunter Krawatte blickt in die Kamera
Dr. Dietmar Prestel (Foto: Foto Schmidt / H. Möschel)

Aus dem Mund auf Displays

Die FernUniversität und die Hochschule Kempten kooperieren mit den Universitäten Gießen, Kassel, Kiel und Marburg sowie der OTH Regensburg im interdisziplinären Forschungsprojekt „SMART iBrush“. Dabei geht es um die Entwicklung einer „intelligenten“ Zahnbürste. Zukünftig sollen Bürsten mit kleinen Sensoren ausgestattet werden, die Informationen direkt aus dem Mund auf Displays – etwa von Smartphones – senden. Die Anwenderinnen und Anwender sehen dann sofort, wo noch „Putzbedarf“ besteht. Sie erhalten auch Hinweise darauf, welche Bewegungen sie dabei ausführen sollten.

Für dieses große Forschungsprojekt, das am Anfang steht, hat Prestels Dissertation an der FernUniversität wichtige Grundlagen gelegt: „Sie ist ein Meilenstein!“, lobt Prof. Arnulf Deinzer, „Herr Prestel wird in dem Bereich weiterarbeiten. Seine Ergebnisse gehen jetzt in die Forschung ein.“

Ziel lässt sich erreichen

In seiner Dissertation bewies Dietmar Prestel nicht nur, dass sich das angestrebte Ziel auch wirklich erreichen lässt. Er zeigte auch auf, welche Vorteile solche zukünftigen Zahnreinigungssysteme den Benutzerinnen und Benutzern bieten können: Mit Visualisierungsgeräten – also Smartphones, Tablets oder PC – können sie ihren Mund sogar dreidimensional erkunden. Transparente Symbole und Texte auf dem Display geben ihnen Informationen dazu, ob und wo noch geputzt bzw. „nachgebessert“ werden muss. Dietmar Prestel: „Sogar eine manuelle Zahnbürste, die mit nur wenigen Sensoren ausgestattet ist, kann erhebliche Vorteile bieten.“

Ein weiteres Thema Prestels war, wie Sensor- und Videodaten später offline weiterverarbeitet werden können: Für Forschungszwecke etwa werden umfangreiche Daten benötigt. Auch in der zahnmedizinischen Praxis werden viele Anwendungsmöglichkeiten gesehen.

Um für seine Arbeit Daten aus Beschleunigungsmessungen zu gewinnen und Bürstorte und Bürstbewegung auf Displays darstellen zu können, nutzte Prestel Prototypen von Sensorzahnbürsten. In sie wurden an der OTH Regensburg Sensoren eingebaut, die auch in Smartphones integriert sind. Dort sorgen drei Beschleunigungssensoren für die drei Raumrichtungen sowie drei Winkelgeschwindigkeitssensoren dafür, dass das Bild auf dem Display unabhängig von der Lage des Geräts immer richtig steht. Die „intelligente Zahnbürste“ enthält zusätzlich einen Sensor, der den Druck misst, der beim Putzen auf die Zähne ausgeübt wird.

Die Daten werden drahtlos auf einen Computer, ein Tablet oder ein Smartphone übertragen, wo sie analysiert werden. Die Benutzerin oder der Benutzer erhält dann eine Rückmeldung. Bereits heute können Smartphones über eine App als Spiegel – etwa fürs Schminken unterwegs – genutzt werden. Zukünftig sollen transparente Putz-Hinweise auf dem Display erscheinen. Prestel befasste sich damit, wie diese Rückmeldung besonders am besten gegeben werden kann.

Er untersuchte auch, welche Bewegungen beim Putzen ausgeführt werden. Dafür definierte er verschiedene Grundbewegungen, die zukünftig für die Vermeidung von Parodontitis, Zahnfleischentzündung etc. empfohlen werden können. Unter anderem untersuchte er, ob jede Fläche gebürstet wurde und welche Bewegung für eine optimale Reinigung ausgeführt werden muss. Und: „Kann eine Hand diese Bewerbung überhaupt ausführen?“

Ein Mann sitzt an seinem Schreibtisch mit dem Prototypen einer Sensozahnbürste. Auf dem Tisch liegen und stehen verschiedene Monitore und Tablets, auf denen die Ergebnisse der Zahnreinigung dargestellt werden können.
Für seine Arbeit nutzte Dietmar Prestel Prototypen von Sensorzahnbürsten. (Foto: Hochschule Kempten, Pressestelle)

Für Forschung und Massenmarkt

Ist die Technologie einmal fertig entwickelt, hat sie also nicht nur hohe Praxisrelevanz für die einzelne Patientin und den einzelnen Patienten, sie ist zugleich ein wertvolles Instrument für Langzeitstudien. Zudem sind seine Ergebnisse auch für andere medizintechnische Produkte einsetzbar.

Ansätze und Lösungen für die geräteunterstützte Mundhygiene beschrieb Prestel in mehreren Patentveröffentlichungen: Das Spektrum reicht von Zahnbürsten mit minimaler Sensorik für den Massenmarkt bis zu „Profi“-Geräten mit umfangreicher Ausstattung.

Seine Erkenntnisse gehen jetzt in die weitere Forschung im Projekt ein: Zunächst muss ermittelt werden, wie in Deutschland die Zähne geputzt werden. Die meisten Deutschen putzen sie chaotisch – eine besondere Hürde für die Informationstechnik. Daraus können Verbesserungen abgeleitet werden. Fernziel ist die Entwicklung eines Massenprodukts, das sich alle Menschen leisten können. Die ersten Feldstudien mit Hunderten Probanden haben begonnen, dafür hat der Prototyp der Zahnbürste „wertvolle Informationen“ geliefert.

Zwei Master an der FernUniversität

Vor seiner Dissertation an der FernUniversität hatte Prestel als Ingenieur der Allgemeinen Elektrotechnik mit FH-Abschluss in Hagen zwei Master-Abschlüsse parallel zu seiner Arbeit in Kempten erworben: „Die Inhalte waren genau die, die ich für meine berufliche Weiterqualifikation brauchte.“ Sowohl in seinem ersten Master Elektro-Informationstechnik Juni 2011 mit dem Schwerpunkt Echtzeitsysteme als auch im zweiten Master in Praktischer Informatik September 2012.

Neben seinen technischen Aufgaben wie IT-Infrastruktur und Laborausstattung begleitet der 49-Jährige im Fachbereich der Hochschule Kempten Lehrveranstaltungen, Praktika und Übungen. Zudem setzte er auch die technische Ausstattung hierfür auf. „Hierfür brauche ich natürlich eine andere fachliche Tiefe als in der Allgemeinen Elektrotechnik, in der ich ausgebildet worden war. Die FernUni hat sehr interessante Fächerkombinationen angeboten, die ich sofort einbringen konnte.“

Gerd Dapprich | 26.05.2017