Duke Universitys 'smarte toilet' bruger kunstig intelligens til at overvåge tarmsundheden
Udgivelsesdato:af Rachyl Jones, NCBiotech Writer — 1. juni 2021.
Når det kommer til den menneskelige krop, er den bedste måde at bestemme, hvad der foregår indeni, ved at overvåge, hvad der kommer ud. Denne fortælling er i centrum for enhver gastroenterologisk praksis. Afføring kan give læger vital information til at diagnosticere og behandle forskellige sundhedstilstande, herunder irritabel tyktarm, tyktarmskræft og inflammatoriske tarmsygdomme som Crohns. Dette afhænger dog af, at patienter selv rapporterer deres data, som ofte kan være upålidelige.
Duke Universitys Center for vand, sanitet, hygiejne og infektionssygdomme (WaSH-AID) har fundet en løsning. 'Smart Toilet' bruger kunstig intelligens til at spore tarmsundhed og rapportere data, hvilket hjælper gastroenterologer med at oprette og ændre behandlingsplaner.
Forsatsen, som kan installeres i ethvert eksisterende toilet, tager billeder inde i rørene, udløst af en skylning. Disse billeder analyseres derefter ved hjælp af AI, og dataene gemmes i en digital sundhedsapplikation. Yderligere forskning udføres for 'Smart Toilet' for at give en kemisk nedbrydning af afføring, hvilket giver mulighed for kvantitative resultater. Denne kemiske analyse ville muliggøre tidlig opdagelse af sygdom, uden at en patient skulle forlade sit hjem.
Teknologien blev udviklet ved at vise over 3.000 billeder til en indlæringsalgoritme og sammenligne dens klassifikationer med dem, som gastroenterologer fandt på. Disse læger klassificerede billeder i henhold til Bristol Stool Scale, et diagnostisk værktøj, som kategoriserer billeder i syv kategorier. Teknologien klassificerede nøjagtigt billederne af datidens taburet 85%.
"Vi er en stor fortaler for affald som et diagnostisk værktøj," siger Sonia Grego, Ph.D., leder af 'Smart Toilet'-projektet. "Det har været et forsømt område på grund af den universelle aversion mod at håndtere prøven og endda tale om den. Vi vil udvikle teknologier, der tager sig af det automatisk.”
Med toilettet som opsamlingsanordning behøver patienterne ikke at ændre nogen af deres daglige vaner eller føle ubehag ved at give prøver. De behøver ikke at føre en log, der beskriver deres badeværelsesvaner, og de er befriet for den vægt, logningsprocessen kan have på deres liv.
For gastroenterologer giver denne teknologi mulighed for nøjagtig, langsigtet information uden menneskelige fejl. De kan overvåge, hvordan en behandling påvirker deres patient i realtid. Det giver dem også tillid til at indsamle data om patienter, der bor på langtidsplejefaciliteter, som ofte ikke kan registrere deres egne data nøjagtigt.
Med næsten 70 millioner indlæggelser hvert år og en pris på $135,9 milliarder påvirker mave-tarmsygdomme over 20 millioner amerikanere, og tallene er stigende. Denne AI giver mulighed for håndtering af symptomer og indsamling af sundhedsdata uden at ændre daglige vaner.
Hvis dette var poker, ville 'Smart Toilet' være "tronen ned" som en royal flush.
Fællesskabspåvirkning
'Smart Toilet'-teknologi kan også bruges til at opdage smitsomme sygdomme på befolkningsniveau. Ved at teste spildevand fra lokalsamfund kan forskere identificere tilstedeværelsen af visse sygdomme, herunder COVID-19, og hvor udbredte de er. COVID-19-infektionen involverer SARS-CoV-2 RNA-udskillelse i afføringen af bærere. Med dette i tankerne kan spildevandsanalyse opdage virussen i et samfund.
.Hjulpet af en $20.000 Flash Grant fra North Carolina Biotechnology Center, gennemførte Duke's WaSH-AID Center spildevandstest for COVID-19 i tre opholdshuse i det sidste år.
"Flash Grant giver holdet mulighed for at bygge videre på de succeser, de har haft med at udvikle Smart Toilet til at målrette patogendetektion, i dette tilfælde SARS-CoV-2, og muligvis andre patogener i fremtiden," sagde Tracey du Laney, Ph. D., NCBiotechs seniordirektør på videnskabs- og teknologiudviklingsteamet, som administrerer Flash Grant-programmet.
"Tilskuddet udvider anvendelsen og placeringen af Smart Toilet-spildevandssepareringsteknologierne til at indsamle prøver ikke kun fra individuelle toiletter, men også fra spildevandsdampene fra hele bygninger. Spildevandspåvisning af patogener er et vigtigt folkesundheds- og epidemiologisk værktøj for disse forskere og offentlige sundhedsapplikationer over hele verden."
Denne teknologi har også potentialet til at revolutionere den farmaceutiske industri, bemærker Grego. I kliniske forsøg med farmaceutiske lægemidler bor 70% af patienter to timer væk fra lægemiddelstedet, hvilket fører til, at patienter falder fra på grund af besvær. Efterhånden som klinisk test bevæger sig mod mere fjernovervågning for at bekæmpe dette problem, kan 'Smart Toilet'-teknologi forsyne forskere med deres patienters data gennem deres ekskrementer, uden at patienterne skal rejse til teststedet.
Ser frem til
Grego sammen med sine Duke-kolleger Brian Stoner, PhD. og Geoff Ginsburg, MD, Ph.D., forfølger denne teknologi videre gennem deres seed-stage-virksomhed, Coprata.
"Smart Toilet" er endnu ikke tilgængelig til kommerciel brug, men Coprata har udarbejdet en prototype, der skal være tilgængelig til menneskelig test om 12 til 18 måneder. Fremtidige fremskridt omfatter udviklingen af en telefonapplikation, AI, der kan detektere afvigelser og advare en patient, og et fingeraftrykssystem til at differentiere medlemmer af en familie.
"Kraften er ikke kun dataene," siger Grego, "men analysen, der ville kondensere disse data til brugbare sundhedsoplysninger."
Oprindelig kilde: WRAL TechWire