听说过人脸、指纹识别？Nature子刊，“菊纹”识别了解一下

原创 啊粥 医学界消化肝病频道

世界上没有两片完全相同的雪花，“菊花”亦然～

科技发展……这年头，马桶也准备开始监管人们的健康了～

近日，来自斯坦福大学的研究团队开发了一种“菊纹识别”的智能马桶，这个马桶虽然不像日本的马桶圈一样能够提供舒适的如厕服务，但却可以利用深度学习技术识别你的“菊纹”、粑粑和尿液，实现个体化健康监测。目前，该研究已在线发表于《Nature Biomedical Engineering》。

图1：研究结果发表于《Nature Biomedical Engineering》

来！一睹这智能马桶的“尊颜”

图2：智能马桶整体结构

这马桶，乍一看，普普通通嘛。

仔细一看 ，在马桶圈附近，它安装了四个摄像头：一个粪便摄像头（stool camera）、一个“菊花”摄像头（anus camera）和两个尿流摄像头（uroflow camera）。顾名思义，这些摄像头是分别用来监测如厕者的粑粑、“菊花”和尿液的。

除此之外，马桶圈上还安装有一系列传感器和试纸，可以记录人坐在马桶上的时间、分析尿液里的成分。

智能马桶是这样工作的：

通过视频采集尿液和粪便样本，然后进行算法处理，这些算法可以区分正常的尿液（流速、时间、流量）、粪便特征和不正常的特征。试纸则用于测量某些分子特征，包括白细胞计数、血液污染、特定水平的蛋白质等，这些指标可以反映一系列疾病。

比如结直肠癌或泌尿系统癌症的患者可以用此检测癌症标志物，肠易激综合征、前列腺癌或肾功能衰竭的高危人群也可借助这一设施实现健康监测。这一装置还可区别健康和不健康的“尿动力学”，分析大便的黏稠程度。

图3：针对尿液分析，马桶上有两个高速摄像头，用来观测流速，马桶后方安装一系列传感器和试纸。当你开始小便时，被动红外运动传感器会检测到信号并伸出一条试纸。试纸被浸湿之后会缩回马桶后方，然后由另一个摄像头来分析结果。

不过，马桶又不止一个人在用，怎么区分呢？

为了提供个体化的健康监测，区分如厕者，这套设备在冲水按钮加上了指纹识别，在每次排尿和/或排便结束时，指纹扫描仪都会通过一个绿色指示灯提示用户，当用户按下冲水按钮时，他/她的指纹会被嵌入式扫描仪记录下来。（但是，如果有人忘记冲水了怎么办？）

为了避免这个bug，研究人员在马桶里专门安装了一个摄像头来扫描如厕者的“菊花”，分析上面的纹路特征，以实现个体化监测。最后，智能马桶收集到的健康数据还会上传到加密的云服务器上进行存储，并供医生访问与分析。

图4：智能马桶上的指纹识别和“菊纹”识别

马桶上安装的摄像头会给如厕者的屁股录制一段短视频，拍摄的片段被分成帧，算法将其与用户“菊纹”的参考图像数据集进行比较区分。

为了测试这种方法的可行性，研究人员对11名研究参与者的“菊花”进行了分析，对比他们的“菊纹”特征，分别使用MSE（mean squared error）、SSIM（structural similarity index measure）和 CNN（convolutional neural network）三种不同方法来进行“菊纹”识别。结果表明，利用肛门形态作为生物识别标志是可行的。

但是，这个智能马桶也不是十全十美的

目前这个智能马桶还在实验室阶段，它对健康监测的益处仍需进一步验证。不过比起监测是否准确，大家更在意的还是被四个摄像头注视着上厕所的隐私问题吧……

对此，研究者表示，在几个月的时间里，已有21名志愿者参与了马桶的测试。而在一项针对300多名智能马桶潜在用户的调查中，37%的人表示对这个想法比较满意，甚至有15%的人表示对这种以精准健康为目的暴露一切的做法非常满意。

研究者强调，智能马桶所监测到的数据将被存储于一个安全的云端系统中，并采取严密的措施，而且这些信息在发给医护工作者时会受到 HIPAA （限制公开医疗记录的健康保险便利和责任法案）的保护。

灵魂拷问：你能接受这样一款智能马桶吗？

参考来源：

[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

本文首发：医学界消化肝病频道

本文作者：啊粥

责任编辑：Mary

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原标题：《听说过人脸、指纹识别？Nature子刊，「菊纹」识别了解一下！》

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