马桶也能预测健康？有人因此获2023搞笑诺贝尔奖_风闻

　　AI马桶的故事性强、逻辑完美，但从设计模型到商业落地仍困难重重。

　　**撰文 |**燕小六

　　日前，主张“先发笑、再思考”的“搞笑诺贝尔奖”颁出2023年度十大奖项。其中“公共卫生奖”被授予美国斯坦福大学医学院泌尿学系讲师Seung-min Park，以表彰他和团队研发的人工智能（AI）马桶。

　　这款AI马桶运用到卷积神经网络，一种直接从数据中深度学习的网络架构。3个基础功能模块可以实时分析尿液、粪便性状，以开展健康评估和管理。

　　根据Park等人设计，这些模块都是可拆卸的。未来，民众能轻松改装自家马桶，使之智能化。研究团队也可以往上叠功能，让马桶更强大。新冠肺炎大流行期间，Park等人就在自家的马桶样机上，增加DNA、RNA等检测硬件和模块，通过筛查粪便、追踪新冠病毒。

　　“卷积神经网络之父”、2018年图灵奖得主杨立昆（Yann LeCun）曾在社交媒体点评称：“卷积神经网络在厕所落地了，是实实在在地造福人类。”专职提供论文影响力评价服务的Altmetric.com数据显示，Park等人的马桶论文曾位列2020年高评价论文第7位。

　　中山大学附属第六医院、中山大学胃肠病学研究所高峰副研究员告诉“医学界”，现阶段的AI马桶更像是一个工具。只要不计成本投钱，它确实能采集很多高质量数据。痛点也在于此，现在只有数据，如何使用、分析，什么样的数据是有意义的，怎么用它来指导健康生活，这些都在进一步探索中。

　　美国斯坦福大学医学院泌尿学系讲师Seung-min Park讲解AI马桶功能。（图源/Ig Nobel）

　　AI马桶里有什么？

　　感应翻盖、除臭杀菌、自动冲水、温水净洗、座圈加热……最近十几年，不少人家的马桶愈发高级且自动化，彻底解放了双手。随着数据收集、生物标志物检测技术优化，马桶也在加速实现智能化。

　　2015，东陶（TOTO）公司公开展示AI马桶Flowsky，称其能监测尿液流速。随后，松下电器宣布，其AI马桶能通过尿液测量体脂率。英国剑桥大学设计“尿检”马桶，利用内置光学传感器，捕捉、测量尿液中特定生物标志物及浓度。

　　美国罗切斯特理工学院团队的AI马桶专为心力衰竭患者设计，能追踪、记录心电图等数据。骊住（LIXIL）集团也展示过一款产品，能分类粪便，准确率约80%。

　　一时间，百花齐放、争奇斗艳。从功能的广度、深度看，Park等人成果或是AI马桶界的“六边形战士”，较具代表性。

　　根据已公开的设计图，这款AI马桶有7个硬件，都装在马桶圈上，包括1个压力传感器、1个运动传感器、1套尿液分析试纸和4个摄像头。

　　运动传感器、尿液分析试纸和2个摄像头会配合完成尿液、尿流量两大分析。运动传感器监测到流动液体后，试纸会自动伸出、采样，结束后自动回缩。试纸结果是实时完成的，会自动上传至云端储存。同时，马桶圈前方一左一右两个摄像头瞬时启动，开始录视频。图像会被分割成单独帧，通过算法转换成尿量和流速值。团队相信，这组模块能提供红细胞、尿胆素原、胆红素、pH值等10种生物标志物的定性和半定量数据，并测定尿量。

　　位于马桶圈正后方的摄像头和压力传感器负责监测、分析排便。前者能拍摄粪便图像，根据布里斯托尔量表进行分类。后者可以记录如厕时长。研究人员曾招募6名医学生，和AI马桶PK鉴别粪便图片。结果显示，马桶表现优于未经专业训练的医学生们。

　　马桶常常是家庭内多人合用。为做好用户识别，团队加载了独特的“肛纹识别”功能，利用每个人的菊部图像，将数据和用户匹配起来，既保证隐私，又能实现长期、连续监测。这通过马桶圈侧后方的第4个摄像头完成。

　　斯坦福大学团队AI智能马桶示意图。（i）压力传感器，（ii）运动传感器，（iii）尿液试纸条，（iv）粪便摄像头，（v）肛门摄像头，（vi）尿流摄像头。（图源/Nature Biomedical Engineering）

　　理想丰****满的智能卫浴，现实很骨感

　　“2019年，我们就想过研发AI马桶。多方调研后，这个想法被搁置了。”高峰坦言，从产品角度看，AI马桶的故事性很强、逻辑完美，但从设计模型到商业落地可谓困难重重。

　　高峰本科学的是计算机，做过7年金融工作，又去读了肿瘤学博士，后进入中山六院从事转化研究。该院是广东省唯一获批的消化系统疾病临床医学研究中心依托单位。“医院希望持续保持、领先消化道疾病诊疗，需要一个高黏性的产品做载体。当时我们讨论，觉得AI马桶可能是一个理想的抓手。”

　　在其创想中，AI马桶可以匹配肠易激综合征（IBS）或炎症性肠病（IBD）等多种消化系统疾病的日常监测需求。它能自动采集粪便，做预处理、保存，然后通过物流发送样本至集中检验中心，完成肠道菌群等检测，由此了解消化系统菌群变化。再接着，通过算法、形成建议，专业医学团队会据此介入，干预使用者的饮食、督促其就诊。

　　这和美国杜克大学Sonia Grego团队研发的马桶模型相似。它能建立使用者的粪便基线情况，预警异常数据。如厕次数越多，数据库越庞大，经过深度学习的AI会越聪明。“到某个时间点，AI能主动告诉你，何时要多吃蔬菜，哪些食物不能碰。这就是精准营养学，针对不同个体，量身定制膳食和生活方式指导。”Sonia Grego告诉媒体。

　　高峰觉得，当前，AI马桶像是高溢价的“健康体征监测仪”，看似功能强大，但核心能力还是搜集数据，可替代性较高。比如，居家自检尿粪的方式有很多。有些产品允许用户自己取样、回寄等，完成肠癌初筛，每次费用为十多元。“真正关心个体健康的人完全能做到定期去医院采样。这比在家装个上万元的AI马桶，更易操作。”高峰说。

　　此外，由于市场化公司和医疗机构尚未达成广泛、良好合作，AI马桶收集的数据未经专业医学团队分析、整合，较难形成医疗健康相关的算法。简单举例说，单次验尿的白细胞高了一点，是否意味疾病、要不要就医、该如何预防，AI马桶或难针对性解答。

　　“几何科技”一直在做AI马桶研发，于2021年推出自有品牌。该司总裁张凯传告诉“医学界”，其健康算法和管理模型基于医学规则和经验，和多家头部三甲医院合作，通过专家团队评审。“目前的算法、模型能承载一部分健康咨询，但用户还是习惯再咨询专科医生。未来，希望通过积累用户、连续数据库，训练算法，提供更加精准的生活行为指导，到时配合第三方或专职管理人员进行个性化管理。”

　　高峰提出，要让马桶真正智能起来，需要投喂海量医学数据，让它不断学习。实施途径有多种。科学家可以先设计马桶，分发给受试者，基于使用情况、建立大型队列，展开研究，然后完善产品功能和数据库。也可以直接募集志愿者，组建队列、收集样本。等到数据库成熟了，再研发功能模块，嵌到马桶里。不论是哪条途径，现阶段AI马桶的科研性质强，商业性则不足。“真要形成研发风潮，最可能的情况就是卫浴品牌们卷起来了，都开始做大健康、叠功能。这个周期可能较长。”

　　2022年，Park曾告诉媒体，AI马桶研发应该套用医疗设备思路，而不是走消费品市场。他还表示，自己只是AI马桶创意的“继承者”。整个项目源自斯坦福大学已故放射学教授Sanjiv Sam Gambhir，他从1980年代就开始探索理念、技术。Gambhir去世后，AI马桶研究一度停摆。直到新冠肺炎大流行，长期居家的民众发现没厕纸了，担心排泄物污染、传播病毒，AI马桶相关话题才又火起来。

　　前景或“想象无限”

　　在AI马桶赛道上，中国不落人后。

　　2017年“第十九届中国国际高新技术成果交易会”期间，“小普未来科技”的AI马桶盖正式亮相，其内部植入尿液、心率等传感器。2020年，“恭逸科技”旗下两款健康检测马桶实现量产，分别能检测体脂、尿液等指标。再接着，“几何科技”发布AI马桶新品，能从尿液中检测生物指标20余项，还能辅以生物电检测等。

　　“我有个身患糖尿病的朋友。使用AI马桶后，他在无症状情况下，被多次提示肾脏风险，就医后确诊为糖尿病肾病早期。”张凯传告诉“医学界”，今年还帮助入组测试备孕功能的三组夫妇，通过排卵期监测等，成功怀上宝宝。

　　AI马桶早年存在一些技术瓶颈。以取尿技术为例，一度需要使用者手动往里塞试纸。现在，多支研发团队都解决“人工操作”等问题，试纸自动加载、脱落已成为AI马桶的标配。

　　以及，市面上验尿试纸多采用干化学酶法，易受潮、失效，影响检测准确性。张凯传介绍，该司产品采用多种检测方式验尿，包括干化学试纸、免疫层析、电化学等，利用封装专利技术、实现试纸长期保存。

　　高峰表示，只要肯投钱，马桶能叠加很多高精尖的技术、功能，展开多维度检测。要取得精准数据，也不是难事。

　　理论上，这些数据对监测个人健康、预警疾病风险，具有重要意义。

　　尿液、粪便都是重要的体外诊断样本。粪便隐血试验是结直肠癌无创筛查的重要手段。检验粪便还能筛查消化系统炎症、细菌或寄生虫感染等。

　　尿液的有形成分复杂且多变，有助于鉴别诊断不同类型肾脏疾病。海外一些小型研究发现，尿液中的特定生物标志物能用来评估运动量、睡眠质量、脂肪和热量摄入等。斯坦福团队研究还提示，监测尿量、尿流速，有助于了解前列腺和膀胱功能，“AI马桶或能在良性前列腺增生、IBS、尿路感染等疾病诊疗随访中，发挥深远影响。”

　　体外检验检测领域的新概念推陈出新，也让AI马桶“想象无界”。2022年《国际生物医学工程杂志》刊文称，基于尿液挥发性有机化合物（VOCs）检测联合电子鼻技术，或可以“闻”出膀胱癌、结直肠癌等疾病。而这两项技能经过临床研究证实，只需在AI马桶上加气味传感器和试纸即可。

　　有人担心AI马桶会泄露隐私、数据，高峰认为“用量有限，还没到操心的时候”。他表示，当下AI马桶最理想的适用场景是高端体检中心，简化尿、粪取样流程。

　　目前，Park团队已与韩国卫浴制造商IZEN签署合作协议，第一步将推出“极简版”AI马桶，主要监测粪便和尿液形态、数量，及如厕时长。“后续若要研发高级版本、检测复杂生物标志物，需获得美国FDA批准、进行医疗器械相关的临床研究。”

　　这和我国要求类似。根据《医疗器械监督管理条例》，直接或间接用于人体的仪器属于医疗器械，其生产、经营需取得医疗器械注册证的第二类、第三类。能检测排泄物的马桶或马桶盖属于这一范畴。

　　参考文献：

　　1.Ig® Nobel Prize Winners. improbable research

　　2.This Stanford scientist is so into ‘smart toilet.’ Here’s why.. koreabiomed

　　3.Smart Toilets for Monitoring COVID-19 Surges: Passive Diagnostics and Public Health. NPJ Digital Medicine. vol.5,no.1,2022, article 39. doi.org/10.1038/s41746-022-00582-0

　　4.Passive Monitoring by Smart Toilets for Precision Health. Science Translational Medicine. vol.15,no.681,2023, article eabk3489. doi.org/10.1126/scitranslmed.abk3489