Het 'slimme toilet' van Duke University maakt gebruik van kunstmatige intelligentie om de darmgezondheid te monitoren
Datum gepubliceerd:door Rachyl Jones, NCBiotech-schrijver — 1 juni 2021.
Als het om het menselijk lichaam gaat, is de beste manier om te bepalen wat er binnenin gebeurt, door te monitoren wat er naar buiten komt. Dit verhaal vormt de kern van elke gastro-enterologische praktijk. Ontlasting kan artsen essentiële informatie geven om verschillende gezondheidsproblemen te diagnosticeren en te behandelen, waaronder het prikkelbaredarmsyndroom, darmkanker en inflammatoire darmziekten zoals de ziekte van Crohn. Dit hangt echter af van de mate waarin patiënten hun gegevens zelf rapporteren, wat vaak onbetrouwbaar kan zijn.
Het Centre for Water, Sanitation, Hygiene and Infectious Disease (WaSH-AID) van Duke University heeft een oplossing bedacht. 'Smart Toilet' maakt gebruik van kunstmatige intelligentie om de darmgezondheid te volgen en gegevens te rapporteren, wat gastro-enterologen helpt bij het opstellen en aanpassen van behandelplannen.
Het opzetstuk, dat in elk bestaand toilet kan worden geïnstalleerd, maakt beelden van de binnenkant van de leidingen, geactiveerd door een spoeling. Deze beelden worden vervolgens geanalyseerd met behulp van AI en de gegevens worden opgeslagen in een digitale gezondheidsapplicatie. Voor 'Smart Toilet' wordt aanvullend onderzoek gedaan om de chemische afbraak van ontlasting mogelijk te maken, waardoor kwantitatieve resultaten mogelijk zijn. Deze chemische analyse zou een vroege detectie van ziekten mogelijk maken zonder dat een patiënt zijn huis hoeft te verlaten.
De technologie is ontwikkeld door meer dan 3.000 afbeeldingen aan een leeralgoritme te laten zien en de classificaties ervan te vergelijken met die van gastro-enterologen. Deze artsen classificeerden beelden volgens de Bristol Stool Scale, een diagnostisch hulpmiddel dat beelden in zeven categorieën categoriseert. De technologie classificeerde nauwkeurig de beelden van ontlasting 85% uit die tijd.
“Wij zijn een groot voorstander van afval als diagnostisch hulpmiddel”, zegt Sonia Grego, Ph.D., leider van het 'Smart Toilet'-project. “Het is een verwaarloosd gebied vanwege de universele afkeer om met het specimen om te gaan en er zelfs maar over te praten. We willen technologieën ontwikkelen die dit automatisch regelen.”
Met het toilet als verzamelapparaat hoeven patiënten hun dagelijkse gewoonten niet te veranderen en hoeven ze zich ook niet ongemakkelijk te voelen bij het verstrekken van monsters. Ze hoeven geen logboek bij te houden waarin hun toiletgewoonten worden beschreven, en ze zijn verlost van de last die het logproces op hun leven kan hebben.
Voor gastro-enterologen zorgt deze technologie voor nauwkeurige, langetermijninformatie zonder menselijke fouten. Ze kunnen in realtime volgen welke gevolgen een behandeling voor hun patiënt heeft. Het geeft hen ook vertrouwen bij het verzamelen van gegevens over patiënten die in instellingen voor langdurige zorg wonen, die hun eigen gegevens vaak niet nauwkeurig kunnen registreren.
Met bijna 70 miljoen ziekenhuisopnames per jaar en een prijskaartje van $135,9 miljard treffen gastro-intestinale ziekten meer dan 20 miljoen Amerikanen, en de aantallen stijgen. Deze AI maakt het beheer van symptomen en het verzamelen van gezondheidsgegevens mogelijk zonder de dagelijkse gewoonten te veranderen.
Als dit poker was, zou 'Smart Toilet' als royal flush worden 'op de troon gezet'.
Gemeenschappelijke impact
‘Smart Toilet’-technologie kan ook worden gebruikt om besmettelijke ziekten op populatieniveau op te sporen. Door afvalwater van gemeenschappen te testen, kunnen onderzoekers de aanwezigheid van bepaalde ziekten, waaronder COVID-19, identificeren en hoe vaak deze voorkomen. Bij de COVID-19-infectie komt SARS-CoV-2 RNA vrij in de ontlasting van dragers. Met dit in gedachten kan afvalwateranalyse het virus in een gemeenschap detecteren.
Met behulp van een Flash Grant van $20.000 van het North Carolina Biotechnology Center heeft Duke's WaSH-AID Center het afgelopen jaar rioolwatertests uitgevoerd op COVID-19 in drie woonhallen.
“Met de Flash Grant kan het team voortbouwen op de successen die ze hebben behaald bij de ontwikkeling van het Smart Toilet om zich te richten op de detectie van ziekteverwekkers, in dit geval SARS-CoV-2, en mogelijk ook op andere ziekteverwekkers in de toekomst”, zegt Tracey du Laney, Ph. D., senior directeur van NCBiotech bij het Science and Technology Development-team, dat het Flash Grant-programma beheert.
“De subsidie breidt het gebruik en de positionering van de Smart Toilet-effluentscheidingstechnologieën uit om niet alleen monsters te verzamelen van individuele toiletten, maar ook van de afvalwaterstoom van hele gebouwen. De detectie van ziekteverwekkers in afvalwater is een belangrijk volksgezondheids- en epidemiologisch instrument voor deze onderzoekers en volksgezondheidstoepassingen wereldwijd.”
Deze technologie heeft ook het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de farmaceutische industrie, merkt Greg op. Bij klinische onderzoeken met farmaceutische medicijnen woont 70% van de patiënten op twee uur afstand van de medicijnlocatie, wat ertoe leidt dat patiënten afhaken vanwege ongemak. Naarmate klinische tests zich ontwikkelen in de richting van meer monitoring op afstand om dit probleem te bestrijden, kan de 'Smart Toilet'-technologie onderzoekers voorzien van de gegevens van hun patiënten via hun uitwerpselen, zonder dat patiënten naar de testlocatie hoeven te reizen.
Ergens naar uitkijken
Grego, samen met haar Duke-collega's Brian Stoner, PhD. en Geoff Ginsburg, MD, Ph.D., streven deze technologie verder na via hun startbedrijf, Koprata.
Het ‘Smart Toilet’ is nog niet beschikbaar voor commercieel gebruik, maar Coprata heeft een prototype voorbereid dat binnen 12 tot 18 maanden beschikbaar zal zijn voor testen op mensen. Toekomstige ontwikkelingen omvatten de ontwikkeling van een telefoonapplicatie, AI die afwijkingen kan detecteren en een patiënt kan waarschuwen, en een vingerafdruksysteem om leden van een gezin van elkaar te onderscheiden.
“De kracht zit niet alleen in de data”, zegt Grego, “maar ook in de analyses die deze data samenvatten in bruikbare gezondheidsinformatie.”
Originele bron: WRAL TechWire