原創(chuàng) 奇點(diǎn)糕 奇點(diǎn)網(wǎng)

今天介紹的這篇論文口味有點(diǎn)奇特，建議大家先放下手里的薯片和可樂（當(dāng)然這些東西本來也不大健康），最好把水杯也放遠(yuǎn)一點(diǎn)。

我們單刀直入，今天的主角，是一款神奇的馬桶，科技的馬桶，擁有指紋識別和錄像功能、可以隨時進(jìn)行健康監(jiān)測的智能馬桶。

這個神奇的馬桶來自斯坦福大學(xué)的Shan X. Wang教授和Sanjiv S. Gambhir教授團(tuán)隊(duì)。這款智能馬桶，可以自主分析用戶的尿液和糞便，不僅能夠長期不間斷地收集最真實(shí)的用戶數(shù)據(jù)，還可以為特定患者群體的篩查和診斷做出貢獻(xiàn)，堪稱衛(wèi)生間里的“家庭醫(yī)生”。研究發(fā)表在《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》上[1]。

那么，研究人員開發(fā)這樣一個馬桶的初衷是什么呢？馬桶又是如何檢測用戶的健康狀況的呢？

接下來奇點(diǎn)糕就帶大家來研究一下這個神奇的馬桶。

在精準(zhǔn)醫(yī)療時代，臨床醫(yī)生需要考慮到每個人基因、生活環(huán)境和生活方式等的個體差異。在這種情況下，對患者的縱向檢測和疾病預(yù)防和早期發(fā)現(xiàn)也變得更加重要。穿戴式檢測器的發(fā)明和使用在一定程度上將檢測變得簡單化，但是依然有一些無法觸及的領(lǐng)域。

常規(guī)的醫(yī)學(xué)檢測包括排泄物分析，即尿液分析、尿量檢測和糞便分析等，這些在疾病診斷中起到了很大的作用。但是，要求大家經(jīng)常進(jìn)行這類的檢測無疑是十分困難的。為了能夠可靠地、持續(xù)地檢測排泄物，智能馬桶的概念被提出了。

Shan X. Wang教授和Sanjiv S. Gambhir教授開發(fā)的智能馬桶分為三個離散的模塊，分別是尿液分析模塊、尿量分析模塊和糞便分析模塊，可以安裝到現(xiàn)有的馬桶上去。

尿液分析模塊

尿液分析對于糖尿病、代謝異常、肝臟疾病、前列腺癌、腎癌、膀胱癌、膽道和肝臟阻塞以及腎臟和尿道疾病[2,3]十分重要。在智能馬桶的尿液分析模塊中，尿液分析是通過試紙實(shí)現(xiàn)的。試紙?zhí)峁┝思t細(xì)胞、尿膽素原、膽紅素、蛋白質(zhì)、亞硝酸鹽、酮、葡萄糖、pH值、尿比重和白細(xì)胞等十種生物標(biāo)記物的定性和半定量分析。

紅外運(yùn)動監(jiān)測器檢測到排尿之后，馬桶會自動伸出試紙，等試紙采樣完畢，裝置會自動回縮到原來的位置。結(jié)果分析當(dāng)然需要一臺攝像機(jī)，研究人員還十分貼心地加了白色發(fā)光二極管，以便更加準(zhǔn)確地識別畫面。分析結(jié)果最后會上傳到云端儲存。

尿量測定是評估尿路功能的重要診斷測試。但是，記錄自己每天上廁所的次數(shù)以及每次的尿量未免也太難為人了。智能馬桶的可以輕松解決這個問題。

尿量測定示意圖

在尿量分析模塊中，兩個高速相機(jī)在馬桶里被固定，分別靠近和遠(yuǎn)離用戶，它們錄制的視頻被分割成單獨(dú)的幀，從中提取尿量信息并進(jìn)行深度和流速的校正?？傊?，被智能馬桶捕捉到的尿流最終變成了計(jì)算機(jī)中尿量和流速的數(shù)值。

糞便檢測的重要性似乎不用奇點(diǎn)糕多加贅述，消化不良、胰腺炎、感腸道染、癌癥等疾病都可以從糞便中得到信號[4]。布里斯托爾糞便量表（BSFS，BS1-BS7）將糞便形態(tài)進(jìn)行了分類，作為診斷各種腸道疾病或評價治療效果的評估工具。

客觀的糞便信息有助于患者和醫(yī)生之間進(jìn)行準(zhǔn)確的交流，但是，誰都不能要求患者能夠準(zhǔn)確說出自己的糞便處在哪個等級，更何況，也沒有幾個人愿意天天和別人分享自己生產(chǎn)了什么樣子的便便。

布里斯托爾糞便量表（圖源：wiki）

在糞便分析模塊中，兩位結(jié)直腸病學(xué)的醫(yī)生根據(jù)布里斯托爾量表對所有的糞便圖像進(jìn)行了注釋，這樣，計(jì)算機(jī)就可以通過視頻信息對糞便狀態(tài)進(jìn)行分類，并由此判斷主人的健康狀況。研究人員還招募了6名醫(yī)學(xué)生，讓這些學(xué)生和系統(tǒng)分析同樣的糞便圖片，結(jié)果證明，系統(tǒng)比未經(jīng)訓(xùn)練的醫(yī)學(xué)生表現(xiàn)得還好。

除了識別糞便狀態(tài)，研究人員還在馬桶圈下面安裝了一個壓力傳感器，不僅用來記錄用戶的排便時間，還能保證每次排便過程中的都有足夠的打光——給便便拍照的話，沒有光源當(dāng)然是不行的。

因?yàn)轳R桶的使用通常是家庭式的，所以，做好用戶識別也是十分重要的。研究人員設(shè)計(jì)了兩種生物識別方法來確保私人信息不會被記錄在另一個人的檔案里。如果說沖水按鈕上的指紋掃描儀是比較常規(guī)的用戶識別方式的話，那安裝在馬桶內(nèi)部、識別肛門形態(tài)的識別方式，就只能，贊美研究人員對準(zhǔn)確性的追求了。

圖源：pixabay.com

開發(fā)智能馬桶的目的在于創(chuàng)建一種融入日常生活的、只需要很少甚至不需要人工干預(yù)的、被動的人體健康監(jiān)測系統(tǒng)。按照目前的研究進(jìn)展來看，智能馬桶無疑是成功的。但是，一些需要大型精密儀器的排泄物分析，比如微生物分析，因?yàn)檎嫉孛娣e太大且造價昂貴，還沒有加入到智能馬桶的模塊中來。

同時，用戶的數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)也是值得關(guān)注的問題。雖說科學(xué)創(chuàng)新的過程中一定會發(fā)生和傳統(tǒng)思想的碰撞，但是排泄這樣的話題怎么看都是太過隱私了。即使研究人員一再強(qiáng)調(diào)云端數(shù)據(jù)的高度安全性和保密性，也有人表示“美國人現(xiàn)在可以很舒適地談?wù)撈鹱约旱呐判刮铩盵6]，但奇點(diǎn)糕還是覺得，這樣的話題尺度好大哦~

還有一個需要提到的問題，就是本研究中的尿液分析模塊和尿量分析模塊僅僅針對男性參與者進(jìn)行了測試。至于原因，大家都懂的。。。

參考文獻(xiàn)：

[1] Park S, Won D D, Lee B J, et al. A mountable toilet system for personalized health monitoring via the analysis of excreta[J]. Nature Biomedical Engineering, 2020: 1-12. DOI：10.1038/s41551-020-0534-9

[2] Graff L. A Handbook Of Routine Urinalysis[J]. 1983.

[3] Simerville, Jeff A, Maxted, William C, Pahira, John J. Urinalysis: A Comprehensive Review[J]. American Family Physician, 2005, 71(6):1153. DOI:10.1002/jcc.20748

[4] Park, Hwon-Ham, Kim, Hyun-Young, Jung, Sung-Eun,等. Long-term functional outcomes of PPPD in children — Nutritional status, pancreatic function, GI function and QOL[J]. Journal of Pediatric Surgery, 51(3):398-402. DOI：10.1016/j.jpedsurg.2015.08.010

[5] https://www.nbcnews.com/mach/science/here-s-how-smart-toilets-future-could-protect-your-health-ncna961656#anchor-Meetingthechallenges

本文作者 | 王雪寧閱讀原文

原標(biāo)題：《《自然》子刊：神奇馬桶自動檢測每一坨便便！斯坦福學(xué)者開發(fā)可安裝馬桶系統(tǒng)，可通過排泄物分析進(jìn)行個性化健康監(jiān)測丨科學(xué)大發(fā)現(xiàn)》

閱讀原文