대변은 장 건강의 척도(尺度)로 불릴만큼, 인체의 각종 이상 신호를 냄새와 색깔, 형태 등을 통해 외부에 알려주는 역할로 대변에 대한 국내외 의료계에서 대한 관심이 그 어느때 보다 높아지고 있다.

지난해 2월 일본 교세라(KYOCERA)는 장내 세균 연구 사업을 벌이고 있는 AuB(오브)와 공동으로 인공지능(AI)을 활용해 변기에서 대변의 색깔이나 모양이 아닌 냄새로 건강 상태를 체크하는 기술을 개발하고 상용화에 박차를 가하고 있다.

새로 개발되는 제품은 좌변기의 테두리에 설치해 사용한다. 대변 냄새 데이터는 클라우드로 보내지고 AI를 통해 장내 환경을 측정하게 된다. 분석 결과는 변기를 사용한 사람의 스마트폰 어플로 전송되며, 측정 결과와 식생활 등 건강 개선 방안을 제시한다.

오브는 축구선수를 비롯해 일본 내 운동선수의 장내 세균 상태를 연구해 온 기업으로 500명이 넘는 선수의 장내 환경 데이터를 AI 학습용으로 사용했다.

여기에, 미국 듀크 대학교(Duke University)의 연구팀은 표준 변기의 파이프에 설치할 수 있는 인공지능(AI) 도구를 개발해 전문의가 염증성 장 질환(Inflammatory bowel disease, IBD) 및 과민성 대장 증후군(Irritable bowel syndrome, IBS)과 같은 만성 질환에 임상의가 적절한 치료를 결정하는 데 사용하는 정보를 제공한다.

이 도구는 변기 물을 내린 후 파이프를 통과하는 물질의 이미지를 캡처하고 이러한 이미지는 2차원 및 3차원 이미지 데이터로 작업하도록 설계된 딥러닝 컨볼루션 신경망(CNN)을 사용하여 분석된다.

이 연구를 주도한 듀크 임상 연구소(Duke Clinical Research Institute)의 소화기 연구 부국장인 데보라 피셔(Deborah A Fisher)는 "환자는 대변이 어떻게 생겼는지, 얼마나 자주 배변을 하는지 잘 기억하지 못하는 경우가 많다. 이는 표준 모니터링 과정의 일부"라며, "스마트 화장실 기술을 통해 우리는 만성 위장 문제를 보다 정확하고 시기 적절하게 진단하는 데 필요한 정보를 수집할 수 있습니다"라고 말했다.

연구팀은 스마트화장실 인공지능 영상 분석 도구를 개발하기 위해 온라인에서 발견되거나 연구 참여자들이 제공한 3,328개의 독특한 대변 이미지로 학습시켰다.

모든 이미지는 대변을 분류하는 일반적인 임상 도구인 브리스톨 대변 척도(Bristol Stool Scale)를 사용하여 인간 위장병 전문의가 검토하고 주석을 달았다. 이 AI 알고리즘은 85%의 대변 형태를 정확하게 분류했으며, 대변에서 혈액 검출은 76%의 정확도로 식별했다고 한다. 

듀크대학교 스마트화장실랩(Duke Smart Toilet Lab)의 창립 이사인 전기컴퓨터공학부 연구교수 소니아 그레고(Sonia Grego) 박사는 "이 기술은 변기 파이프에 설치할 수 있고 환자가 물을 내리는 것 외에 다른 작업을 할 필요가 없기 때문에 이 기술을 사용하려는 환자의 의지에 대해 낙관적입니다"라며, "이는 장기 요양 시설에 거주하는 환자와 같이 자신의 상태를 설명할 수 없는 환자에게 특히 유용할 수 있습니다"라고 말했다.

현재, 이 스마트화장실 솔루션은 프로토타입으로 아직 대중에게 공개되지는 않았다. 연구팀은 환자와 위장병 전문의의 요구를 충족시키기 위해 매우 구체적인 질병 데이터를 제공할 생화학적 마커 분석을 위한 대변 표본 샘플링을 포함하는 등 기술의 추가 기능을 개발하고 있다고 밝혔다.

한편, 이 연구 및 개발 과정은 지난 5월 21일부터 23일 가상으로 개최된 미국 소화기학회 학술대회인 ‘2021 소화기 질환 주간(Digestive Disease Week, DDW 2021)’을 통해  '스마트 화장실의 인공지능에 의한 자동 대변 이미지 분석(Automated Stool Image Analysis by Artificial Intelligence in a Smart Toilet)'이란 제목으로 발표됐다.