自動(dòng)沖水、暖風(fēng)烘干、座圈保溫算得了什么？美國(guó)斯坦福大學(xué)研究人員報(bào)告了一套可以追蹤使用者排泄物健康與疾病指標(biāo)的軟硬件，堪稱真智能馬桶。

根據(jù)4月6日發(fā)表在《自然-生物醫(yī)學(xué)工程》（Nature Biomedical Engineering）論文，這套概念性的智能設(shè)備可以加裝在現(xiàn)有的普通馬桶上，針對(duì)男性受試者構(gòu)建和測(cè)試，具體包括尿液分析、尿流量分析和糞便分析三個(gè)模塊。

研究的一大新穎之處，是配合攝像頭，訓(xùn)練人工智能視覺(jué)來(lái)分析尿流量和糞便形態(tài)，并用“肛紋識(shí)別”來(lái)補(bǔ)充嵌在沖水按鈕上的指紋識(shí)別。

深度學(xué)習(xí)三巨頭之一、2019年圖靈獎(jiǎng)得主楊立昆（Yann LeCun）在社交媒體上點(diǎn)評(píng)道：“卷積網(wǎng)絡(luò)落地廁所，這是名副其實(shí)地造福人類。”

自動(dòng)伸縮試紙條

人體排泄物是一種重要的健康反映，不過(guò)，在臨床上很難實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、持續(xù)的監(jiān)測(cè)。斯坦福團(tuán)隊(duì)選擇從馬桶入手，對(duì)尿液和糞便進(jìn)行非侵入式檢驗(yàn)。

從示意圖來(lái)看，智能馬桶配置了7個(gè)硬件，包括1個(gè)壓力傳感器、1個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器、1套尿液分析試紙，以及4個(gè)攝像頭。

斯坦福智能馬桶。（i）壓力傳感器 （ii）運(yùn)動(dòng)傳感器 （iii）尿液試紙條 （iv）糞便攝像頭 （v）肛門攝像頭 （vi）尿流攝像頭

其中，試紙可以針對(duì)10項(xiàng)生物標(biāo)記物進(jìn)行定性和半定量分析，包括紅細(xì)胞、尿后膽色素原、膽紅素、蛋白質(zhì)、亞硝酸鹽、酮、葡萄糖、酸堿值、尿比重和白細(xì)胞。

假設(shè)有一名成年男性瞄準(zhǔn)馬桶中心排尿，觸發(fā)紅外運(yùn)動(dòng)傳感器，試紙條就會(huì)自動(dòng)伸出來(lái)。大約30-60秒，試紙條被尿液浸透，隨后自動(dòng)收縮回原始位置。一個(gè)攝像頭同時(shí)會(huì)捕捉視頻，進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)分析后將數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至云端儲(chǔ)存。

排尿結(jié)束后，試紙條自動(dòng)脫落，被棄置馬桶中。考慮到環(huán)保因素，試紙條用水溶性的多糖材料代替了塑料材料。

攝像頭捕捉“滴滴答答”

針對(duì)尿流分析，研究人員想在傳統(tǒng)的流量計(jì)之外另辟蹊徑，動(dòng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)的力量，安置了兩個(gè)廣角攝像頭，960 × 1280像素，每秒240幀。

為了設(shè)定參數(shù)，研究人員邀請(qǐng)10名19至40歲的男性進(jìn)行了31次排尿測(cè)試，每次流量從50毫升至670毫升不等。

結(jié)果顯示，計(jì)算機(jī)憑視頻估算出的尿流量、排尿時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)呈高度相關(guān)，且能捕捉到流量計(jì)所不能的排尿尾聲階段的斷續(xù)性液滴。研究人員相信，這能提供關(guān)于前列腺和膀胱功能的額外信息。

人工智能辨便

糞便的形狀和硬度能用于癌癥臨床診斷，但沒(méi)有現(xiàn)成的通行標(biāo)準(zhǔn)。為此，研究人員邀請(qǐng)兩位腸外科醫(yī)生獨(dú)立地標(biāo)記不同的糞便圖像，結(jié)果顯示出一致性。

利用這些圖像，科學(xué)家給人工智能上了10堂“辨便”課，教會(huì)區(qū)別正常糞便、過(guò)硬糞便（提示便秘等癥狀）和過(guò)軟/液體糞便（提示腹瀉等癥狀），測(cè)試中AUC（一種判斷檢測(cè)方法真實(shí)性的指標(biāo)，越接近1越好）在0.89以上。

此外，座便器配置了壓力傳感器，用于計(jì)算排便的開(kāi)始時(shí)間，觸發(fā)攝像頭采集圖像。隨后，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以判斷出從開(kāi)始到初次落便的時(shí)間間隔，這與腸道的整體功能息息相關(guān)。排便的結(jié)束時(shí)間則以衛(wèi)生紙使用或起立判斷。

在測(cè)試中，共有5名女性和6名男性參與了55例排便。

用戶識(shí)別

最后，還有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

幾個(gè)人可能共用一個(gè)馬桶，那么，如何建立起用戶個(gè)性化的健康檔案呢？研究人員在沖水按鈕內(nèi)嵌了一套指紋識(shí)別，每當(dāng)系統(tǒng)判定如廁結(jié)束，沖水按鈕上就會(huì)亮起綠色提示燈。

不過(guò)，在實(shí)際情況中，不能保證按沖水鍵的人就一定是如廁的人。市面上一些馬桶也有自動(dòng)沖水功能。

因此，斯坦福智能馬桶還設(shè)置了獨(dú)特的“肛紋識(shí)別”功能，即利用每個(gè)人肛門的圖像來(lái)與收集到的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行安全匹配。

作者表示，這個(gè)馬桶系統(tǒng)的潛在健康益處還需要通過(guò)大規(guī)模的臨床研究加以評(píng)估，系統(tǒng)本身也需要根據(jù)人類群體的排泄物基線數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。

就關(guān)鍵的隱私問(wèn)題而言，論文表示數(shù)據(jù)將被安全地儲(chǔ)存在云端系統(tǒng)，并安全地發(fā)送給醫(yī)護(hù)工作者。

研究團(tuán)隊(duì)也深刻意識(shí)到這款智能馬桶的前景與用戶接受度息息相關(guān)。在斯坦福社區(qū)的一份300人調(diào)研中（當(dāng)然有嚴(yán)重的教育程度偏差），15.33%表示“非常能接受”，37.33%表示“能接受一些”，30.00%表示“不舒服”。其中，最受歡迎模塊是沒(méi)有攝像頭參與的“尿液分析”，最不受歡迎模塊是“肛紋識(shí)別”。