原創 啊粥 醫學界消化肝病頻道

世界上沒有兩片完全相同的雪花，“菊花”亦然～

科技發展……這年頭，馬桶也準備開始監管人們的健康了～

近日，來自斯坦福大學的研究團隊開發了一種“菊紋識別”的智能馬桶，這個馬桶雖然不像日本的馬桶圈一樣能夠提供舒適的如廁服務，但卻可以利用深度學習技術識別你的“菊紋”、粑粑和尿液，實現個體化健康監測。目前，該研究已在線發表于《Nature Biomedical Engineering》。

圖1：研究結果發表于《Nature Biomedical Engineering》

來！一睹這智能馬桶的“尊顏”

圖2：智能馬桶整體結構

這馬桶，乍一看，普普通通嘛。

仔細一看 ，在馬桶圈附近，它安裝了四個攝像頭：一個糞便攝像頭（stool camera）、一個“菊花”攝像頭（anus camera）和兩個尿流攝像頭（uroflow camera）。顧名思義，這些攝像頭是分別用來監測如廁者的粑粑、“菊花”和尿液的。

除此之外，馬桶圈上還安裝有一系列傳感器和試紙，可以記錄人坐在馬桶上的時間、分析尿液里的成分。

智能馬桶是這樣工作的：

通過視頻采集尿液和糞便樣本，然后進行算法處理，這些算法可以區分正常的尿液（流速、時間、流量）、糞便特征和不正常的特征。試紙則用于測量某些分子特征，包括白細胞計數、血液污染、特定水平的蛋白質等，這些指標可以反映一系列疾病。

比如結直腸癌或泌尿系統癌癥的患者可以用此檢測癌癥標志物，腸易激綜合征、前列腺癌或腎功能衰竭的高危人群也可借助這一設施實現健康監測。這一裝置還可區別健康和不健康的“尿動力學”，分析大便的黏稠程度。

圖3：針對尿液分析，馬桶上有兩個高速攝像頭，用來觀測流速，馬桶后方安裝一系列傳感器和試紙。當你開始小便時，被動紅外運動傳感器會檢測到信號并伸出一條試紙。試紙被浸濕之后會縮回馬桶后方，然后由另一個攝像頭來分析結果。

不過，馬桶又不止一個人在用，怎么區分呢？

為了提供個體化的健康監測，區分如廁者，這套設備在沖水按鈕加上了指紋識別，在每次排尿和/或排便結束時，指紋掃描儀都會通過一個綠色指示燈提示用戶，當用戶按下沖水按鈕時，他/她的指紋會被嵌入式掃描儀記錄下來。（但是，如果有人忘記沖水了怎么辦？）

為了避免這個bug，研究人員在馬桶里專門安裝了一個攝像頭來掃描如廁者的“菊花”，分析上面的紋路特征，以實現個體化監測。最后，智能馬桶收集到的健康數據還會上傳到加密的云服務器上進行存儲，并供醫生訪問與分析。

圖4：智能馬桶上的指紋識別和“菊紋”識別

馬桶上安裝的攝像頭會給如廁者的屁股錄制一段短視頻，拍攝的片段被分成幀，算法將其與用戶“菊紋”的參考圖像數據集進行比較區分。

為了測試這種方法的可行性，研究人員對11名研究參與者的“菊花”進行了分析，對比他們的“菊紋”特征，分別使用MSE（mean squared error）、SSIM（structural similarity index measure）和 CNN（convolutional neural network）三種不同方法來進行“菊紋”識別。結果表明，利用肛門形態作為生物識別標志是可行的。

但是，這個智能馬桶也不是十全十美的

目前這個智能馬桶還在實驗室階段，它對健康監測的益處仍需進一步驗證。不過比起監測是否準確，大家更在意的還是被四個攝像頭注視著上廁所的隱私問題吧……

對此，研究者表示，在幾個月的時間里，已有21名志愿者參與了馬桶的測試。而在一項針對300多名智能馬桶潛在用戶的調查中，37%的人表示對這個想法比較滿意，甚至有15%的人表示對這種以精準健康為目的暴露一切的做法非常滿意。

研究者強調，智能馬桶所監測到的數據將被存儲于一個安全的云端系統中，并采取嚴密的措施，而且這些信息在發給醫護工作者時會受到 HIPAA （限制公開醫療記錄的健康保險便利和責任法案）的保護。

靈魂拷問：你能接受這樣一款智能馬桶嗎？

參考來源：

[1]Seung-min Park,Daeyoun D.Won,et,al.A mountable toilet system for personalized health monitoring via the analysis of excreta.Nature Biomedical Engineering(2020).doi:https://www.nature.com/articles/s41551-020-0534-9

本文首發：醫學界消化肝病頻道

本文作者：啊粥

責任編輯：Mary

版權申明

本文原創 如需轉載請聯系授權

- End -

原標題：《聽說過人臉、指紋識別？Nature子刊，「菊紋」識別了解一下！》

閱讀原文