智能马桶，能有多智能？隐私性和准确性又如何？
如今的智能马桶具有各种各样夺人眼球的新功能。除了坐便盖加热、温水洗净、暖风干燥、自动杀菌等功能之外，智能马桶还可以作为一个小型 “私人诊所”，实时监测我们的身体健康指标。
我们的粪便和尿液携带着有关生命健康的有用信息，科学家们也正在进行一些有趣的项目，试图解读这些信息。近日，《自然 - 生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）杂志就发布了一项关于 “智能马桶” 的最新研究，这项研究由多位斯坦福大学研究人员共同完成，一时引起了人们的广泛关注。
“除了论文描述的内容之外，我们目前正在开发一种从尿液和粪便中检测 DNA、RNA 的模块，这将使我们能够筛查结直肠癌、泌尿系统癌症和新冠肺炎等疾病。” 论文第一作者、斯坦福大学医学院高级研究科学家 Seung-min Park 告诉 DeepTech。
15 年前，论文的通讯作者、斯坦福大学教授 Sanjiv Sam Gambhir 提出了 “精准健康（Precision Health）” 这一概念，强调对疾病的持续预防和早期发现。“Gambhir 博士认为，人类的每一次排泄物在健康监测中都起着至关重要的作用，特别是粪便和尿液这种自然的、非侵入性的排泄物。” Seung-min Park 说。
根据论文描述，Seung-min Park 等研究学者结合计算机视觉和机器学习算法，开发了一套可以加装在传统马桶上的软硬件，来追踪用户粪便和尿液中的健康与疾病生物标志物，为疾病筛查、诊断和患者监控研究提供支持。这一新型智能马桶不仅可以通过收集、分析用户的粪便和尿液数据来监测用户的健康状况，还会借助扫描用户的指纹和肛门纹理的方式对用户进行个性化识别。
智能马桶通过摄像头观测用户的粪便并将粪便进行分类，内置在马桶座圈中的压力传感器会监控排便的持续时间；站立排尿的用户可以通过摄像头测量小便速度、流量和持续时间，试纸会自动伸入尿液中进行分析，从而确定各种化学指标并测试多种物质。在这一过程中，智能马桶通过使用计算机视觉分析用户的尿液来计算尿流率和尿量，并依照深度学习方法对用户的粪便进行分类。
据论文描述，以上所得数据会被安全地存储在一个云服务器中，并做后续分析处理。独特的肛门纹理和指纹可以使用户匹配他们特定的健康数据，虽然智能马桶会对用户的肛门纹理进行扫描，但并不会将所得图像上传到云端或分享给医生。
图｜智能马桶图解，1）带可伸缩药盒的 10 参数试验性尿液分析；2）使用两个高速摄像头进行计算机视觉尿流测量（蓝色虚线表示每个摄像头的视野）；3）基于深度学习算法对粪便进行分类（蓝色虚线代表排便监控摄像头的视野）；4）通过马桶座圈下方的压力传感器检测排便时间（红色箭头表示施加在压力传感器上的力）；5）肛门纹理和冲洗手柄上的指纹生物特征识别；6）通过无线通信将所有数据传输到基于云的健康门户系统的能力。（来源：Nature Biomedical Engineering）
研究人员表示，这一智能马桶可以用于特定患者群体的筛查、诊断和纵向监测。目前来看，该智能马桶可以追踪 10 种不同的生物标志物，比如白细胞数量和某些蛋白质的含量，从而判断用户是否健康，是否患有膀胱癌、糖尿病和肾衰竭等疾病。
“我们的智能马桶平台建立在临床相关分析的基础上，可以在良性前列腺增生（BPH）、肠易激综合征（IBS）、尿路感染（UTI）等疾病中有深远的实际应用。”
Seung-min Park 认为，良性前列腺增生是一种随年龄增长出现的常见前列腺增生症，50 岁以上的男性中有 50% 患有良性前列腺增生，常因前列腺组织阻塞尿道而导致下尿路症状（LUTS），尿流量仪是量化尿流和筛查膀胱出口梗阻的重要工具，智能马桶将在其中发挥重要作用；尿路感染也是一种很常见的膀胱或肾脏感染，可以通过智能马桶系统直接监测；肠易激综合征是最常见的功能性胃肠道疾病，全球患病率为 10% 至 15%，也是智能马桶系统可以深入实际应用的最好例子之一。此外，Seung-min Park 告诉 DeepTech，该智能马桶系统未来在其他潜在领域也可能具有实际应用，比如核酸扩增试验、卡氏肺囊虫病、冰毒检测等。
隐私保护问题或许是影响人们使用该智能马桶的顾虑之一。
Seung-min Park 告诉 DeepTech，研究团队一开始就认真考虑了该智能马桶可能涉及的隐私问题。为了有效保护用户的隐私和确保所有数据的安全，斯坦福大学信息安全办公室和斯坦福大学隐私办公室进行了一项数据风险评估，以识别并减轻使用过程中的相关风险，“我们遵守斯坦福大学的密码标准，在适用的情况下，使用的终端设备也遵守斯坦福的最低安全标准”。
为此，研究人员将向用户发放一种加密设备（包括厕所系统）以收集研究所需的照片；他们同时会建立一个研究电子数据采集（REDCap）网络表格，允许参与者将研究所需的照片直接上传；智能马桶系统内的摄像头采集的视频和照片在实时传输到 REDCap 或 Stanford Medicine Box 后，会从摄像头中立即删除。此外，研究人员还建议，在不使用时，必须将智能马桶系统的摄像头存放在安全区域，比如上了锁的抽屉中。
智能马桶的检测准确性如何？Seung-min Park 告诉 DeepTech，“我们的智能马桶的验证准确性非常好。”
由于伦理审查委员会（IRB）的规定，该智能马桶的诊断准确性还没有得到评估。但据 Seung-min Park 表示，目前的 IRB 协议主要针对临床的黄金标准对模块进行验证，该智能马桶的计算机视觉尿流测量与黄金标准的皮尔逊相关系数为 92-96，排便监测模块的性能也与训练有素的医务人员相当。
但是，目前版本的智能马桶不适用于女性用户，“我们目前正在开发专有技术，以使该系统具有性别包容性。” Seung-min Park 说。尽管智能马桶的部分模块仅为坐便和站立小便的男性用户构建，但研究团队希望可以继续改进智能马桶，从更大规模的研究开始，让更多人参与进来，从而扩大应用范围，实现诸如糖尿病患者的血糖监测等个性化检测功能。此外，研究人员还设想，当出现问题时，该马桶可以与 App 配套，安全地将数据传递给用户的医生。
但是，这个智能马桶系统是否适用，还需要通过大规模临床研究加以评估和优化。
“我们希望在 1～2 年内发布当前版本的智能马桶。我们目前正在开发包括癌症诊断在内的第二代智能马桶，我们希望这个版本能在未来 3～5 年内问世。” Seung-min Park 表示。
近年来，智能马桶成为了人们关注的热点。美国罗切斯特理工学院和剑桥大学此前在智能马桶方面也有相关研究。
2019 年 3 月，美国罗切斯特理工学院博士后 Nicholas Conn 开发了一种智能马桶盖监测系统，这款智能马桶盖可跟踪测量心力衰竭患者的健康情况，降低充血性心力衰竭患者的住院再入院率。该智能马桶盖数据检测有专用的先进算法，能捕获超过 9 项临床相关测量数据，马桶盖上的设备可以监测人的心率、血压、血容量、血氧水平和体重等数据。通过一定算法对这些数据进行分析，如发现患者的病情有恶化趋势，信息将直接传递给患者的私人医生，医生会在第一时间判断是否需要安排患者进行进一步的治疗。
2018 年 8 月，英国剑桥大学科学家设计出一款可以 “尿检” 的智能马桶。据了解，这款智能马桶内置的光学传感器可将尿液中的生物标记物捕获在金纳米粒子之间，并使它们发出不同的颜色，从而测量它们的浓度水平，被监测的生物标记可以揭示很多有关人的身体信息，该款智能马桶还可以将监测报告发送至手机上，甚至提醒用户的私人医生。
未来，随着科技的快速发展，智能马桶能否 “飞入寻常百姓家”？适用性和隐私安全，是我们必须考虑的问题。
,
