智能馬桶，能有多智能？隱私性和準確性又如何？
如今的智能馬桶具有各種各樣奪人眼球的新功能。除了坐便蓋加熱、溫水洗淨、暖風乾燥、自動殺菌等功能之外，智能馬桶還可以作為一個小型 “私人診所”，實時監測我們的身體健康指標。
我們的糞便和尿液攜帶著有關生命健康的有用信息，科學家們也正在進行一些有趣的項目，試圖解讀這些信息。近日，《自然 - 生物醫學工程》（Nature Biomedical Engineering）雜誌就發佈了一項關於 “智能馬桶” 的最新研究，這項研究由多位斯坦福大學研究人員共同完成，一時引起了人們的廣泛關注。
“除了論文描述的內容之外，我們目前正在開發一種從尿液和糞便中檢測 DNA、RNA 的模塊，這將使我們能夠篩查結直腸癌、泌尿系統癌症和新冠肺炎等疾病。” 論文第一作者、斯坦福大學醫學院高級研究科學家 Seung-min Park 告訴 DeepTech。
（來源：Nature Biomedical Engineering）
15 年前，論文的通訊作者、斯坦福大學教授 Sanjiv Sam Gambhir 提出了 “精準健康（Precision Health）” 這一概念，強調對疾病的持續預防和早期發現。“Gambhir 博士認為，人類的每一次排洩物在健康監測中都起著至關重要的作用，特別是糞便和尿液這種自然的、非侵入性的排洩物。” Seung-min Park 說。
根據論文描述，Seung-min Park 等研究學者結合計算機視覺和機器學習算法，開發了一套可以加裝在傳統馬桶上的軟硬件，來追蹤用戶糞便和尿液中的健康與疾病生物標誌物，為疾病篩查、診斷和患者監控研究提供支持。這一新型智能馬桶不僅可以通過收集、分析用戶的糞便和尿液數據來監測用戶的健康狀況，還會藉助掃描用戶的指紋和肛門紋理的方式對用戶進行個性化識別。
智能馬桶通過攝像頭觀測用戶的糞便並將糞便進行分類，內置在馬桶座圈中的壓力傳感器會監控排便的持續時間；站立排尿的用戶可以通過攝像頭測量小便速度、流量和持續時間，試紙會自動伸入尿液中進行分析，從而確定各種化學指標並測試多種物質。
在這一過程中，智能馬桶通過使用計算機視覺分析用戶的尿液來計算尿流率和尿量，並依照深度學習方法對用戶的糞便進行分類。據論文描述，以上所得數據會被安全地存儲在一個雲服務器中，並做後續分析處理。獨特的肛門紋理和指紋可以使用戶匹配他們特定的健康數據，雖然智能馬桶會對用戶的肛門紋理進行掃描，但並不會將所得圖像上傳到雲端或分享給醫生。
圖｜智能馬桶圖解，1）帶可伸縮藥盒的 10 參數試驗性尿液分析；2）使用兩個高速攝像頭進行計算機視覺尿流測量（藍色虛線表示每個攝像頭的視野）；3）基於深度學習算法對糞便進行分類（藍色虛線代表排便監控攝像頭的視野）；4）通過馬桶座圈下方的壓力傳感器檢測排便時間（紅色箭頭表示施加在壓力傳感器上的力）；5）肛門紋理和沖洗手柄上的指紋生物特徵識別；6）通過無線通信將所有數據傳輸到基於雲的健康門戶系統的能力。（來源：Nature Biomedical Engineering）
研究人員表示，這一智能馬桶可以用於特定患者群體的篩查、診斷和縱向監測。目前來看，該智能馬桶可以追蹤 10 種不同的生物標誌物，比如白細胞數量和某些蛋白質的含量，從而判斷用戶是否健康，是否患有膀胱癌、糖尿病和腎衰竭等疾病。
“我們的智能馬桶平臺建立在臨床相關分析的基礎上，可以在良性前列腺增生（BPH）、腸易激綜合徵（IBS）、尿路感染（UTI）等疾病中有深遠的實際應用。”
Seung-min Park 認為，良性前列腺增生是一種隨年齡增長出現的常見前列腺增生症，50 歲以上的男性中有 50% 患有良性前列腺增生，常因前列腺組織阻塞尿道而導致下尿路症狀（LUTS），尿流量儀是量化尿流和篩查膀胱出口梗阻的重要工具，智能馬桶將在其中發揮重要作用；尿路感染也是一種很常見的膀胱或腎臟感染，可以通過智能馬桶系統直接監測；腸易激綜合徵是最常見的功能性胃腸道疾病，全球患病率為 10% 至 15%，也是智能馬桶系統可以深入實際應用的最好例子之一。此外，Seung-min Park 告訴 DeepTech，該智能馬桶系統未來在其他潛在領域也可能具有實際應用，比如核酸擴增試驗、卡氏肺囊蟲病、冰毒檢測等。
圖｜斯坦福智能馬桶的現有和潛在應用領域（來源：Seung-min Park）
隱私保護問題或許是影響人們使用該智能馬桶的顧慮之一。
Seung-min Park 告訴 DeepTech，研究團隊一開始就認真考慮了該智能馬桶可能涉及的隱私問題。為了有效保護用戶的隱私和確保所有數據的安全，斯坦福大學信息安全辦公室和斯坦福大學隱私辦公室進行了一項數據風險評估，以識別並減輕使用過程中的相關風險，“我們遵守斯坦福大學的密碼標準，在適用的情況下，使用的終端設備也遵守斯坦福的最低安全標準”。
為此，研究人員將向用戶發放一種加密設備（包括廁所繫統）以收集研究所需的照片；他們同時會建立一個研究電子數據採集（REDCap）網絡表格，允許參與者將研究所需的照片直接上傳；智能馬桶系統內的攝像頭採集的視頻和照片在實時傳輸到 REDCap 或 Stanford Medicine Box 後，會從攝像頭中立即刪除。此外，研究人員還建議，在不使用時，必須將智能馬桶系統的攝像頭存放在安全區域，比如上了鎖的抽屜中。
智能馬桶的檢測準確性如何？Seung-min Park 告訴 DeepTech，“我們的智能馬桶的驗證準確性非常好。”
由於倫理審查委員會（IRB）的規定，該智能馬桶的診斷準確性還沒有得到評估。但據 Seung-min Park 表示，目前的 IRB 協議主要針對臨床的黃金標準對模塊進行驗證，該智能馬桶的計算機視覺尿流測量與黃金標準的皮爾遜相關係數為 92-96，排便監測模塊的性能也與訓練有素的醫務人員相當。
但是，目前版本的智能馬桶不適用於女性用戶，“我們目前正在開發專有技術，以使該系統具有性別包容性。” Seung-min Park 說。儘管智能馬桶的部分模塊僅為坐便和站立小便的男性用戶構建，但研究團隊希望可以繼續改進智能馬桶，從更大規模的研究開始，讓更多人參與進來，從而擴大應用範圍，實現諸如糖尿病患者的血糖監測等個性化檢測功能。此外，研究人員還設想，當出現問題時，該馬桶可以與 App 配套，安全地將數據傳遞給用戶的醫生。
但是，這個智能馬桶系統是否適用，還需要通過大規模臨床研究加以評估和優化。
“我們希望在 1～2 年內發佈當前版本的智能馬桶。我們目前正在開發包括癌症診斷在內的第二代智能馬桶，我們希望這個版本能在未來 3～5 年內問世。” Seung-min Park 表示。
近年來，智能馬桶成為了人們關注的熱點。美國羅切斯特理工學院和劍橋大學此前在智能馬桶方面也有相關研究。
2019 年 3 月，美國羅切斯特理工學院博士後 Nicholas Conn 開發了一種智能馬桶蓋監測系統，這款智能馬桶蓋可跟蹤測量心力衰竭患者的健康情況，降低充血性心力衰竭患者的住院再入院率。該智能馬桶蓋數據檢測有專用的先進算法，能捕獲超過 9 項臨床相關測量數據，馬桶蓋上的設備可以監測人的心率、血壓、血容量、血氧水平和體重等數據。通過一定算法對這些數據進行分析，如發現患者的病情有惡化趨勢，信息將直接傳遞給患者的私人醫生，醫生會在第一時間判斷是否需要安排患者進行進一步的治療。
2018 年 8 月，英國劍橋大學科學家設計出一款可以 “尿檢” 的智能馬桶。據瞭解，這款智能馬桶內置的光學傳感器可將尿液中的生物標記物捕獲在金納米粒子之間，並使它們發出不同的顏色，從而測量它們的濃度水平，被監測的生物標記可以揭示很多有關人的身體信息，該款智能馬桶還可以將監測報告發送至手機上，甚至提醒用戶的私人醫生。
未來，隨著科技的快速發展，智能馬桶能否 “飛入尋常百姓家”？適用性和隱私安全，是我們必須考慮的問題。
