Die „intelligente Toilette“ der Duke University nutzt künstliche Intelligenz zur Überwachung der Darmgesundheit

von Rachyl Jones, NCBiotech-Autorin – 1. Juni 2021.

Wenn es um den menschlichen Körper geht, lässt sich am besten feststellen, was im Inneren vorgeht, indem man beobachtet, was herauskommt. Diese Erzählung steht im Mittelpunkt jeder gastroenterologischen Praxis. Stuhl kann Ärzten wichtige Informationen zur Diagnose und Behandlung verschiedener Gesundheitszustände liefern, darunter Reizdarmsyndrom, Dickdarmkrebs und entzündliche Darmerkrankungen wie Morbus Crohn. Dies hängt jedoch davon ab, dass Patienten ihre Daten selbst melden, was oft unzuverlässig sein kann.

Das Center for Water, Sanitation, Hygiene and Infectious Disease (WaSH-AID) der Duke University hat eine Lösung gefunden. „Smart Toilet“ nutzt künstliche Intelligenz, um die Darmgesundheit zu verfolgen und Daten zu melden, die Gastroenterologen bei der Erstellung und Änderung von Behandlungsplänen unterstützen.

Der Aufsatz, der in jede vorhandene Toilette eingebaut werden kann, nimmt, ausgelöst durch eine Spülung, Bilder im Inneren der Rohre auf. Diese Bilder werden dann mithilfe von KI analysiert und die Daten in einer digitalen Gesundheitsanwendung gespeichert. Für „Smart Toilet“ werden weitere Forschungsarbeiten durchgeführt, um eine chemische Aufspaltung des Stuhls zu ermöglichen und so quantitative Ergebnisse zu erzielen. Diese chemische Analyse würde eine Früherkennung von Krankheiten ermöglichen, ohne dass ein Patient sein Zuhause verlassen muss.

Die Technologie wurde entwickelt, indem einem lernenden Algorithmus über 3.000 Bilder gezeigt und ihre Klassifizierungen mit denen verglichen wurden, die von Gastroenterologen erstellt wurden. Diese Ärzte klassifizierten Bilder nach der Bristol Stool Scale, einem Diagnosetool, das Bilder in sieben Kategorien einteilt. Die Technologie klassifizierte die Bilder des damaligen Stuhls 85% genau.

„Wir sind große Befürworter von Abfall als Diagnoseinstrument“, sagt Sonia Grego, Ph.D., Leiterin des Projekts „Smart Toilet“. „Es wurde ein vernachlässigter Bereich aufgrund der allgemeinen Abneigung gegen den Umgang mit der Probe und sogar darüber, darüber zu sprechen, vernachlässigt. Wir wollen Technologien entwickeln, die das automatisch erledigen.“

Mit der Toilette als Entnahmegerät müssen Patienten ihre täglichen Gewohnheiten nicht ändern und fühlen sich bei der Probenabgabe nicht unwohl. Sie müssen kein Protokoll über ihre Toilettengewohnheiten führen und werden von der Belastung befreit, die der Protokollierungsprozess auf ihr Leben haben kann.

Für Gastroenterologen ermöglicht diese Technologie genaue, langfristige Informationen ohne menschliches Versagen. Sie können in Echtzeit überwachen, wie sich eine Behandlung auf ihren Patienten auswirkt. Es gibt ihnen auch Sicherheit beim Sammeln von Daten über Patienten, die in Langzeitpflegeeinrichtungen leben und oft nicht in der Lage sind, ihre eigenen Daten genau zu erfassen.

Bei fast 70 Millionen Krankenhauseinweisungen pro Jahr und einem Preis von $135,9 Milliarden sind über 20 Millionen Amerikaner von Magen-Darm-Erkrankungen betroffen, und die Zahl steigt. Diese KI ermöglicht die Verwaltung von Symptomen und die Erfassung von Gesundheitsdaten, ohne die täglichen Gewohnheiten zu ändern.

Wenn es sich um Poker handeln würde, würde „Smart Toilet“ als Royal Flush „auf den Thron gestürzt“.

Auswirkungen auf die Gemeinschaft

Die „Smart Toilet“-Technologie kann auch zur Erkennung ansteckender Krankheiten auf Bevölkerungsebene eingesetzt werden. Durch die Untersuchung des Abwassers von Gemeinden können Forscher das Vorhandensein bestimmter Krankheiten, einschließlich COVID-19, und deren Häufigkeit feststellen. Bei der COVID-19-Infektion kommt es zur Ausscheidung von SARS-CoV-2-RNA im Stuhl von Trägern. Vor diesem Hintergrund kann die Abwasseranalyse das Virus in einer Gemeinde erkennen.

Mit Unterstützung eines $20.000 Flash Grant des North Carolina Biotechnology Center führte das Duke's WaSH-AID Center im vergangenen Jahr in drei Wohnheimen Abwassertests auf COVID-19 durch.

„Der Flash Grant ermöglicht es dem Team, auf den Erfolgen aufzubauen, die es bei der Entwicklung der Smart Toilet erzielt hat, um den Nachweis von Krankheitserregern, in diesem Fall SARS-CoV-2, und möglicherweise auch anderen Krankheitserregern in der Zukunft gezielt zu ermöglichen“, sagte Tracey du Laney, Ph. D., Senior Director von NCBiotech im Wissenschafts- und Technologieentwicklungsteam, der das Flash Grant-Programm verwaltet.

„Der Zuschuss erweitert die Einsatzmöglichkeiten und Positionierung der Smart Toilet-Abwassertrennungstechnologien, um Proben nicht nur aus einzelnen Toiletten, sondern auch aus den Abwasserdämpfen ganzer Gebäude zu sammeln. Der Nachweis von Krankheitserregern im Abwasser ist für diese Forscher und Anwendungen im Bereich der öffentlichen Gesundheit weltweit ein wichtiges Instrument der öffentlichen Gesundheit und Epidemiologie.“

Diese Technologie habe auch das Potenzial, die Pharmaindustrie zu revolutionieren, bemerkt Grego. Bei klinischen Studien zu Arzneimitteln leben 70% der Patienten zwei Stunden vom Prüfort entfernt, was dazu führt, dass Patienten aufgrund von Unannehmlichkeiten die Studie abbrechen. Da sich klinische Tests in Richtung einer stärkeren Fernüberwachung bewegen, um dieses Problem zu bekämpfen, kann die „Smart Toilet“-Technologie Forschern die Daten ihrer Patienten über deren Ausscheidungen zur Verfügung stellen, ohne dass Patienten zum Testort reisen müssen.

Ich freue mich auf

Grego, zusammen mit ihren Duke-Mitarbeitern Brian Stoner, PhD. und Geoff Ginsburg, MD, Ph.D., verfolgen diese Technologie durch ihr Seed-Stage-Unternehmen weiter. Coprata.

Die „Smart Toilet“ ist noch nicht für den kommerziellen Einsatz verfügbar, aber Coprata hat einen Prototyp vorbereitet, der in 12 bis 18 Monaten für Tests am Menschen verfügbar sein soll. Zu den zukünftigen Fortschritten gehören die Entwicklung einer Telefonanwendung, einer KI, die Abweichungen erkennen und einen Patienten alarmieren kann, sowie eines Fingerabdrucksystems zur Unterscheidung von Familienmitgliedern.

 „Die Macht liegt nicht nur in den Daten“, sagt Grego, „sondern auch in den Analysen, die diese Daten in umsetzbare Gesundheitsinformationen verdichten.“

Originalquelle: WRAL TechWire