本文作者：刘漫
设想一下这个场景：半夜，你摸着黑起身到卫生间，突然，马桶为你的如厕打了光、拍了照、录了像、最后还让你录个指纹……你是觉得新奇还是诡异呢？
如果告诉你这是为了持续监测和精准医疗，它可以自动对你的尿液和粪便进行分析，以便能对疾病早期发现，这款马桶还登上了 Nature 子刊呢？
一款马桶登上了 Nature 子刊？
对个人持续的健康检测、从排泄物中获取有价值的临床信息，这二者就仿佛是鱼和熊掌一般不可兼得。
为了实现它俩的交汇，斯坦福大学的一个团队将目光放在了马桶上，苦心钻研后于本周一将研究成果发表在了《自然·生物医学工程》杂志上。
Nature 官网截图
为实现持续监测和精准医疗，他们专注于对尿液和粪便分析，对普通马桶进行了一系列改装。尿液分析试纸、压力传感器、运动传感器、多个高清广角摄像头等都成了马桶的配件。
马桶的改造配件
（参考文献配图 + 生物学霸制图）
研究人员为这个马桶系统开发了三个独立的模块：包含十种检测指标的尿液分析、基于计算机分析的尿流率测定、以及按布里斯托（BSFS）评分识别的粪便分析。
然后将这些数据通过马桶的联网，传输存储到云端，进行健康管理。这一套流程下来，正常如厕的同时，尿液和粪便的检测也会被兼顾。
完整的检测分析流程
（参考文献配图 + 生物学霸制图）
每一个模块都能检测啥，又是怎么检测的，研究里也都进行了详细的告知。
传统的尿液分析包括尿液的化学和显微镜检查，但这个尿检的模块只能检测十项，包含红细胞、胆红素、蛋白质、葡萄糖、酸碱度、比重等。
成年男性在这个马桶前排尿时通常会采用站立的姿势，红外运动传感器可以自动监测到排尿开始，然后测试条伸出，测完再缩回扔掉，完成一次尿检。
而尿流率测定是根据摄像机拍摄的视频，用计算机视觉尿流量计加以处理，可以测定尿液的流量和流速等。实验结果还表明此种方法得到的数据要比标准尿流量计更准确，能够捕捉排尿末期滴落的尿滴。
相较对尿液的检测，对粪便的检测属性很少，只有布里斯托评分（BSFS），但这却是最麻烦的。普通医生尤其是消化科医生可以很容易对患者的粪便进行这个评分，但如何让马桶也学会呢？
同样是采用了机器学习的方式，先让普外科医生对粪便进行标记，指定其为黄金标准，再让计算机学习判断。 BSFS 评分的 1、2 等级被认为是异常硬便(表明便秘)，而 6、7 等级被视为软便(表明腹泻)，居中的 3、4、5 等级被认为是健康成人人群中最正常和最典型的大便形式。
考虑到不是每一次上厕所都能畅快的排便，识别系统的第一层增加了几种可能的状态：清洁、尿液、粪便、厕纸；识别完第一层后再识别第二层的 BSFS 评分。
之后经过参与者的测试，在识别 BSFS 评分上，马桶的水平已经超过了学习多年的医学生，于是它顺利出师了。
粪便评分（生物学霸制图）
这三个模块的检测，以方便的方式获取用户排泄物的基本性质，可以帮助监测和诊断肠易激综合征、良性前列腺增生、尿路感染等疾病。虽然它不能直接诊断疾病状态，但研究者认为这有助于增强用户对健康的关注和管理。
指纹不够，菊纹来凑
马桶系统中的用户身份识别是至关重要的，虽然这个马桶肯定肯定不会被应用到公共场所，可安装在家里的话，如果不是独居，就需要将排泄物与排泄者一对一匹配到一起。
毕竟，如果客人或者家人的排泄物被归到用户本人的话，其效果不亚于去医院拿错了报告单。为此，这个马桶被研究人员贴心的配备了双识别功能：指纹和肛纹，两重保险。
第一种是把指纹扫描仪嵌入到冲水按钮上，在每次排尿或排便结束后，指纹扫描仪都会闪烁绿灯提示你还没冲马桶和登录，然后收集的此次排泄数据就会以最原始的状态被上传到云端。
另一种识别方法很有趣，基于世界上没有一片相同的树叶，同样也没有相同的菊花这个可能的原理，来识别用户的肛门纹理，简称「肛纹」。这种识别是为了避免第一种识别产生的特殊情况，如忘记冲厕所后别人帮冲的以及自动冲水马桶。
肛门识别（参考文献配图）
考虑到第二种识别方法大家肯定感兴趣多一点，所以详细说说，同时为了不影响大家阅读体验，研究中真实菊花的配图就不放了。
图虫创意
这种肛纹识别法是经过研究者评价的，还记得那个肛门摄像头吗？收集到的视频经过多帧的识别分析、经过算法的比较、参与者的贡献，搜集到的结果都表明，将肛纹作为生物识别特征是可能的。
指纹作为生物识别是基于指纹不变，那肛纹肯定也要如此吧？ 不过话说回来……如果长了外痔、吃辣过多菊花红肿或者由于其它某些原因它变了，这识别还管用吗？
研究局限性
这个马桶系统的研究还没有经过工业级的产品设计和集成，所以现在看起来就像手工改装似的；还有厕所的非无菌环境可能会使尿液分析出现假阳性，这就需要新开发一套自动清洁除菌系统来提高化验的准确性。
最重要的局限性，也是笔者读这篇研究时一直抱有的疑问：女性咋用这个马桶进行尿液分析和尿流率测定？或者男性怕尿到马桶外于是坐着嘘嘘咋整？
研究者表示，后续会再加一个尿液分析条放在马桶的前内侧，这样就可以对男性和女性用户都能实施监测了。
现今，全球仍有十多亿人连厕所都没有，被迫或习惯于露天排便。对他们而言，解决排泄问题的普通马桶和厕所才是首要的；但另一方面，这项抱着精准医学目标的研究也呈现出面向未来的需求——而科学的进步，正是解决这两种看似迥乎两端问题的不二法门。 （责任编辑：Ivan、gyouza）
