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盖茨、谷歌看中的“重口味”科技，正挑战无创测癌！马桶将成为物联网医疗保健的新入口

百家作者：DeepTech深科技 2018-08-26 08:55:36

在这个什么东西都想要跟“智能”扯点关系的时代，智能马桶，四个字听起来可能会觉得脑洞大开，但比起智能手表、智能手环来说，一些科学家更相信马桶其实是最适合做健康管理、疾病侦测的设备。

科技巨擘、卫浴大厂都在研究

马桶，这个乍听之下跟科技好像没什么太大关系的东西，其实正默默在改变，很多科技巨擘都对其充满兴趣。微软创始人比尔盖茨希望为超过 20 亿无法获得洁净水的人口改造马桶，他与妻子成立专注公益的比尔和梅林达盖茨基金会（Bill & Melinda Gates Foundation）研究马桶就超过 10 年。

（来源：盖茨基金会官网）

马桶对你我来说，可能是再寻常不过的东西，但部分第三世界国家、贫困地区却仍因如厕环境简陋，缺乏卫生设施而受苦，除了尊严、女性安全问题外，传染性疾病容易随着排泄物快速散播，造成生命损失，要解决疾病散布最好的方法就从源头杜绝，因此基金会从 2011 年开始连续举办“重建马桶挑战”（Reinvent the Toilet Challenge），目标是实现每位用户每天使用成本低于 0.05 美分，且不需使用水、电、不需连通下水道的马桶，目前挑战进入到第三阶段，由全球 16 个不同的研究团队组成，基金会提供经费支持科研人员或团队运用科技、化学技术来开发，例如用紫外线燃烧废物的马桶、纳米膜马桶等。

除了防止疾病扩散，有一些公司则是着眼于保健（healthcare），谷歌在 2016 年公布了一篇专利文件《Noninvasive Determination Of Cardiac Health And Other Functional States and Trends For Human Physiological Systems》（非侵入性测定心脏健康和其他人类生理系统的功能状态及趋势），描绘一个充满着未来感的智能浴室，配备多个非侵入式传感器、以及使用反射光、声波、电磁感应等技术，目标是通过这些设备监测用户心血管系统的健康，在疾病形成之前就能提出警示。

谷歌的文件描述了使用情境，浴室中装有 3 个非侵入性健康监测设备，分别在洗手台下方的脚踏垫、马桶座圈传感器、以及镜子。垫子测量用户的电生理活动，提供心电图（ECG）。马桶座圈传感器能够测量血液脉波传播速率（PWV，Pulse Wave Velocity ），心脏打出血液产生脉搏拍动，并通过血管传到手与脚的速度就叫做 PWV，血管越硬，脉波的速度越快，所以透过 PWV 测定可以得知血管硬化的情形。镜子的传感器如摄像头，可以测量皮肤颜色变化，得到血液的容量变化，提供光体积变化描记图（PPG，Photoplethysmogram）。另外，还有一个超声波浴缸，透过生成高频声波、传感器接收回声，分析身体结构。

谷歌认为，最大的好处就在于，用户不需要改变日常生活步骤，或多增加做任何事情，只要跟往常一样站在垫子上洗脸，看着镜子，使用马桶，比起其他非侵入式装置，例如还要佩戴在身体、黏贴在肌肤上等，能提供更好的使用体验，进而提高用户的接受度。有了这些数据，就可以评估用户的心脏健康，并且提供饮食和运动建议。

图｜Google 专利描绘了未来浴室的样貌。（來源：专利文件《Noninvasive Determination Of Cardiac Health And Other Functional States and Trends For Human Physiological Systems》）

麻省理工科技评论创新青年＋科学家＋世界马桶先生

而近来在关注马桶的圈子出现了一个新秀，旧金山初创公司 Clinicai 利用光学检测仪跟机器学习，正开发能够侦测大肠癌的智能马桶装置，不久前更入选进入全球第一个生物医学加速器 IndieBio。

（来源：Clinicai 官网）

Clinicai 是由三位科学家跟一名“Mr. Toilet”（马桶先生）所组成，CEO 黄君豪为癌症生物学家，师承知名癌症基因生物學家 Scott W. Lowe、Charles J. Sherr 以及 CRISPR 技术发明人之一、加州大学伯克利分校的分子与细胞生物学及化学系教授 Jennifer Anne Doudna。他率先使用基因沉默（gene silencing）和基因编辑技术，能够快速且弹性化建立基因工程小鼠模型，并发现肝癌和炎症性肠病的治疗和预防之标靶基因，他也是《麻省理工科技评论》 2018 年东南亚区 35 岁以下十大顶尖创新者之一。

Clinicai 联合创始人 Medina Baitemirova 则是一位生物信息（Bioinformatician）学家，在分子生物领域跟美国不少重量级的医疗机构合作，包括贝勒医学院（Baylor College of Medicine）、德州儿童医院、诺华生物医学研究院（Novartis Institutes for BioMedical Research）等，她也曾在打造智能镜子的初创公司 Memomi Labs 担任主管，协助零售、美妆业者导入智能镜子提供新的用户体验。

另一位创始成员是来自哥伦比亚的 Juan Carlos Guaqueta，《麻省理工科技评论》 2015 年拉美区“35岁以下科技创新35人”的得奖人之一，在哥伦比亚有 85％的污水未经过处理就被排放到河流或地下水源，为了解决这个问题，他成立了一家专攻污水回收处理的公司 AcuaCare，利用有机多孔材料和虫类，过滤污染流体，留下的清洁水用于灌溉田地，还能利用虫类和微生物制作成肥料。

还有一位值得一提的成员沈锐华（Jack Sim），为新加坡知名连续创业家，有趣的是，他在国际上有一个“Mr. Toilet”的封号，他在 40 岁时就做過过 16 个创业项目，财富自由后的他，跟比尔盖兹一样投入马桶公益，把马桶推进偏远或贫穷地区，联合国在 2013 年正式宣布将 11 月 19 日定为“世界厕所日”（World Toilet Day）就是因他而来。

图｜Clinicai 创始成员：黄君豪（左一）、Juan Carlos Guaqueta（左二）、沈锐华（右二）、Medina Baitemirova（右一）（：Clinicai）

早期疾病检测至关重要

他们的“马桶”创业，可以说是从一所大学开始，黄君豪在 2016 年获选进入由 Google、NASA、Boeing 共同创办的奇点大学（Singularity University），每年从全世界挑选 80 位学生，目标是利用足以带动指数性增长跃进的技术（exponential technologies）来解决人类面临的重大挑战。就在就读奇点大学的期间，黄君豪结识了上述伙伴一同创业。

黄君豪回忆，在奇点大学创始人之一、也是谷歌工程总监 Ray Kurzweil 的一场演讲上，Ray Kurzweil 预言，随着计算机运算能力及人工智能技术的提升，过去许多没办法分析的信息可以开始逐渐被了解，比如复杂生物体，从现在开始到未来 10 年内，生物科技将进入一个起飞阶段。当我们已经足够了解生物体信息之后，下一个 10 年又会发生什么事？他认为，纳米科技（nano technology）将迎来新的发展期，例如微小的纳米机器人进入人体，接着修复人体。

这番话听在学生技的黄君豪耳中感触良多，“在学术界做一项研究可能就花了5、6年，新药开发或是寻找疾病的标志（marker）时间更久，这还只是初期研究，到真的能够到应用在人类生活又是另一个数年过去了，什么方法可以加速整个过程？”另一个问题是说，生物科技理应与人最息息相关，尽管计算机、智能手机已普及于生活，但是仍缺乏一个与生物科技真的相关、好用的电子产品，可以真正帮助健康。

而 AI 给了大家一个机会，可以用 IT 的方式教导机器了解生物体内及体外，特别是人类带有 2 万个基因，它们到底怎么相互作用，形成身体的运作及变化，先前他在美国纽约纪念斯隆—凯特琳癌症中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）和伯克利的实验室时，就使用 AI 来寻找最有效抑制基因开关的方法，基因是一长串序列，从前端抑制跟从中端、后端做的效果是否不同？他们就使用了大量的数据集，训练出一个算法来预测 2 万个基因，一旦要开关特定的基因时，可从知道从哪一个地方去抑制效果最好。

上述是生物体内，那么，生物体外呢？有什么办法去了解我们每天的健康资讯。“很多人都在专研怎么治疗特定疾病，但是大部分疾病是只要能够很早被侦测到，后面治疗就可以变得很简单，所以早期疾病检测这一块相当重要。”

为什么是马桶？

想要早期检测身体是否异常，通常大家会想到去医院健检，一是成本昂贵，特别是在美国，健检费用并不是多数人可以负担得起，只能久久才去一次，甚至从来没有做过。要不就是觉得麻烦，有些人则会觉得“没事不要去医院”，心态上就排斥去医院。

“要解决大家不去医院的问题，那就是在家中，想要有一个空间可以装这些健康管理的装置，浴室是一个不错的地方，”他说，首先，大家每天会去浴室，而且那个环境是有隐私性的、让人感到放松、舒适的，同时，浴室本来就有许多设备，只要加入科技就可以达到收集信息的功能，“浴室数十年来没有变化，It’s time to disrupt（是时候该被颠覆了）。”

为什么 Clinicai 会选择马桶？在于他们是锁定疾病。人每天吃的东西都会排泄出来，可以做营养分析，从排泄物分析需要多补充什么样的食物，达到营养均衡之外，更重要的还是大肠癌的早期侦测。

大肠癌为全球第三高发的癌症，早期无明显症状，往往等到患者排便习惯改变，或出现血便才就医，传统的检测方式是用户自行收集粪便，然后送到检验部门，并会进行侵入性的大肠镜检测，用户得先服用泻药、清肠，再进行半身麻醉，风险较高，整个过程是很痛苦的，而且成本昂贵，在美国收费大约 4000～5000 美元。

（来源：麻省理工科技评论）

不过，黄君豪指出，美国一种最新的方法为“Cologuard”（大肠卫士），在 2014 年获得美国药检局（FDA）批准第一个非侵入性的大肠癌筛检试剂，从粪便里检测大肠癌的 DNA。但由于粪便中的 DNA 量少，所以 Cologuard 的做法放一个架子跟桶子在马桶上，收集很大量的粪便。“我们就在想能不能开发一种作法，让大家不必动手收集粪便，但又能取得某些程度的信息，传感器就是一种方法。”

Clinicai 研发的智能马桶装置有两个技术核心，分别是光学传感器与机器学习。他们在奇点大学时，就测试了一系列的光学式、机械式传感器，发现了一个新的光学传感器技术，是航太领域用来监测地表岩层、分析污染物，能搜集可见光与非可见光区域的信息，他们就用此技术开发出了第一代的产品。

不过，此光学传感器类似摄像头，“后来发现浴室有摄像头，感觉还是不太好，有隐私性的疑虑”，尽管第一代产品的实验效果相当不错，但他们还是决定改作法，只取信号，而不取图像，现正在开发第二代设备。

此外，通过传感器还会根据用户的坐姿、重量等，侦测是谁在使用马桶，不会把家庭成员的数据搞混。

在机器学习部分，黄君豪指出，传统疾病侦测的想法是要找出某一个特定的标志（marker），再去分析有病或没病，但 Clinicai 想要突破这种方式，一是这种做法多年下来仍未见好结果，二是很多疾病非常复杂，有时某一项指标呈现阳性（positive），并不代表真的得病，所以他们尝试先不管特定marker，而是让机器认一个型态（pattern）。

而 marker 跟 pattern 的差别是什么？他进一步解释，以较简单的血液检测为例，如果血液中某个因子过多，那就可能罹患癌症，这是目前的做法。Clinicai 的做法是取得粪便的全部光谱讯号，再取得 100 个大肠癌病人粪便的光谱讯号，跟 100 个健康的人粪便的光谱讯号，用这些数据去训练机器，找出大肠癌病人有什么共同的特征。不过，他也强调，数据集越大越好，所以还有赖收集更多信息量，包括粪便的颜色、型态、粪便中的微生物（microbiome）等，目前团队已经完成大肠癌小鼠的测试，并开始已与美国及亚洲的医院合作。

能免去侵入性检测的辛苦，又不必改变生活习惯，每天如厕同时还可以检测身体，这样的智能马桶装置倒是相当吸引人，只是有一个关键因素：价格。对此，黄君豪说，之前做市场调查，消费者的预算差不多 300～500 美元，就像买一个消费性电子产品，评估量产时应该可以达到这个价格。

图｜高档的美国卫浴品牌 KOHLER 也申请智能马桶相关专利（来源：专利文章《Smart toilet systems and methods》（智能厕所的系统和方法））

第一次让马桶讲话

当时 DT 君在采访黄君豪时问的第一个问题：“你们是要做一个马桶？”，随即被他用“不是”二字否决了，“是做健康、疾病检测，马桶只是一个平台”。除了马桶之外，镜子也在发展蓝图中，不同于现在多数人是做体型量测、分析胖瘦，进而跟购物结合，Clinicai 依旧是聚焦在疾病上，从早期的细微变化、斑点侦测皮肤相关疾病。只是初创公司资源有限，仍会先聚焦在马桶产品。

（来源：麻省理工科技评论）

就像他所说的，Clinicai 的定位并不是真的要推出一个马桶品牌产品，而是希望透过与卫浴品牌合作，已经有卫浴品牌意识到这件事，像是日本的 TOTO、美国的 KOHLER 研究智能马桶也有数年之久，今年 CES 上 KOHLER 还把亚马逊语音助理 Alexa 带入浴室，可以声控免治马桶、智能浴镜。对 Clinicai 团队来说，更像是做件“让马桶第一次可以讲话”的大事，如同 1984 年 iMac 发表之前，已故苹果创始人乔布斯要求工程师 Andy Hertzfeld 一定要让计算机说出“Hello”，Clinicai 希望马桶不再被视为是不清洁的工具，只能默默感受用户，而是会纪录并诉说用户的身体信息，作为用户的健康守护者。

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