Účinnost systému rozšířené reality založeného na Edge AI pro výuku hygieny rukou: multicentrická, smíšená metodika cluster randomizované kontrolované studie (HANDHEART)

Význam hygieny rukou nelze podcenit jak ve zdravotnictví, tak v komunitním prostředí (Allegranzi et al., 2011; Mathur, 2011). Podpora hygieny rukou je osvědčeným postupem v prevenci nozokomiálních infekcí (WHO, 2009). Odhaduje se, že hygiena rukou by mohla ročně zabránit více než 500 000 úmrtím. Bylo zjištěno, že roční ekonomický dopad nozokomiálních infekcí v USA činil v roce 2004 přibližně 6,5 miliardy USD (WHO, 2009) a každý 1 USD vynaložený na podporu hygieny rukou může přinést užitek 23,7 USD (Chen et al., 2011). Vzdělávání hraje klíčovou roli při vytváření dobrých základů hygieny rukou.

Tradiční metody školení hygieny rukou zahrnují přednášky a praktická cvičení ve třídě, ale účastníci málokdy dostávají individualizované instrukce a zpětnou vazbu kvůli omezeným lidským a technickým zdrojům. Proto je naléhavě potřeba navrhnout automatizovaný a individualizovaný výcvikový systém. Tento navrhovaný projekt si klade za cíl navrhnout a otestovat inovativní vzdělávací nástroj pro hygienu rukou s následujícími konkrétními cíli:

1. vyvinout prototyp systému s umělou inteligencí a rozšířenou realitou pro výcvik a hodnocení hygieny rukou;
2. provest multicentrickou randomizovanou kontrolovanou studii (RCT) smíšených metod s testováním nehorší účinnosti, která otestuje účinnost tohoto výcvikového systému s umělou inteligencí a rozšířenou realitou na znalosti a praxi hygieny rukou u různých populací v různých prostředích, včetně studentů zdravotnických oborů, zdravotnických pracovníků a pomocného personálu v nemocnicích;
3. vyhodnotit účinky výcvikového systému s umělou inteligencí a rozšířenou realitou a shromáždit zpětnou vazbu od účastníků.
4. prozkoumat zkušenosti, postoje a vnímání účastníků ohledně výcviku hygieny rukou pomocí dotazníku uživatelské zpětné vazby a skupinových rozhovorů.

Pokud se ukáže jako účinný, může být tento systém integrován do osnov studentů zdravotnických oborů, zdravotnických pracovníků a pomocného personálu z nemocnic jako e-learningový přístup. V budoucnu může být tento systém také používán v místě poskytování péče pro sledování a audit zdravotnických pracovníků v reálném čase v jiných zdravotnických zařízeních. Kromě kvantitativních výsledkových měření budou provedeny kvalitativní rozhovory, které prozkoumají zkušenosti studentů s učením, postoje a vnímané překážky týkající se praxe hygieny rukou a používání výcvikových nástrojů s umělou inteligencí a rozšířenou realitou.

Metody

Studijní design Jedná se o studii smíšených metod skládající se z multicentrické randomizované kontrolované studie (RCT) s testováním nehorší účinnosti se dvěma rameny a kvalitativní složky. RCT vyhodnotí účinnost výcvikového systému s umělou inteligencí a rozšířenou realitou na znalosti a praxi studentů v hygieně rukou, zatímco kvalitativní studie prozkoumá zkušenosti, postoje a vnímané překážky studentů související s výcvikem hygieny rukou prostřednictvím polostrukturovaných rozhovorů. Pro tuto studii jsou tři centra: Hongkonská polytechnická univerzita, Čínská univerzita v Hongkongu a nemocnice Tongji ve Wu-chanu v Číně. Budeme rekrutovat způsobilé vysokoškoláky ze dvou univerzit a zdravotnické pracovníky/pomocný personál z nemocnice Tongji.

Nábor subjektů Budeme rekrutovat 480 vysokoškolských studentů ze zdravotnických oborů z Hongkonské polytechnické univerzity a Čínské univerzity v Hongkongu (n=240); zdravotnické pracovníky a pomocný personál v nemocnicích (n=240). Sběr dat bude probíhat od září 2025 do prosince 2026. Účastníci si přihlásí časový úsek výcvikových sezení (každé sezení má až 25 účastníků). Všem účastníkům, kteří se zúčastní stejného sezení, bude přiřazena stejná skupina pomocí klastrové randomizace. Statistik přiřadí skupiny předem pomocí generátoru náhodných čísel. Účastníci nebudou informováni o své skupině před příchodem na místa studie.

Vypočítali jsme velikost vzorku pro klastrovou randomizovanou kontrolovanou studii. Předpokládáme, že počet účastníků v každém klastru se pohybuje od 6 do 25, v každé skupině bude přibližně 10-30 klastrů. Také předpokládáme, že směrodatná odchylka subjektů je 2,00, intraklasový korelační koeficient je 0,010 a variační koeficient velikostí klastrů je 0,500 (Ahn et al. 2015). Celková velikost vzorku 480 může dosáhnout >91% síly pro detekci rozdílu mezi dvěma skupinovými průměry (interval spolehlivosti -1,0 a 1,0) v oboustranném t-testu s hladinou významnosti 0,050.

Předintervenční hodnocení Během návštěvy místa budou účastníci nejprve vyzváni k podepsání informovaného souhlasu a vyplnění dotazníku o znalostech a praxi hygieny rukou (příloha 1).

Účastníci budou muset nanést fluorescenční prášek na obě ruce a poté provést mytí rukou tekutým mýdlem bez jakýchkoli instrukcí (1. pokus o mytí rukou). Kamera instalovaná nad umyvadly bude během tohoto postupu pořizovat videa obou rukou (ne obličeje ani jiných částí těla). Po umytí rukou budou účastníci muset naskenovat fluorescenční prášek zbylý na rukou ve skeneru rukou (The Semmelweis Scanner™). Nahraná videa mytí rukou budou použita k trénování algoritmů umělé inteligence pro automatické zpracování obrazu a hodnocení. Dva odborníci na prevenci a kontrolu infekcí posoudí kvalitu hygieny rukou na těchto videích, což bude použito jako referenční hodnota při zpracování obrazu. Procento zbytku fluorescenčního gelu na rukou zobrazeného ve skeneru rukou bude použito jako objektivní hodnocení účinnosti mytí rukou u jednotlivých účastníků.

Intervenční skupiny Skupina A (výcvikový systém s umělou inteligencí a rozšířenou realitou) Účastníci použijí výcvikový systém s umělou inteligencí a rozšířenou realitou, aby získali individualizované hodnocení svého výkonu při mytí rukou. Nebudou informováni o výsledcích skeneru rukou.

Skupina B (Skener rukou + video výcvik) Účastníci použijí stávající vzdělávací program, který se v naší předchozí studii ukázal jako účinný (nepublikováno). Stručně řečeno, účastníci budou informováni o výsledcích skeneru rukou během prvního pokusu o mytí rukou. Také shlédnou výcvikové video o 7 krocích mytí rukou.

Pointervenční hodnocení Účastníci provedou druhý pokus o mytí rukou opětovným nanesením fluorescenčního prášku na obě ruce a poté provedou mytí rukou s nahráváním videa. Po umytí rukou účastníci opět naskenují fluorescenční prášek zbylý na rukou ve skeneru rukou.

Účastníci budou také požádáni, aby vyplnili dotazník o znalostech a praxi hygieny rukou jako součást pointervenčního hodnocení.

Kvalitativní studie Kromě randomizované kontrolované studie bude provedena kvalitativní složka, která prozkoumá zkušenosti, postoje a vnímané překážky účastníků vůči výcviku hygieny rukou (viz příloha 2). Účelový podvzorek účastníků z intervenční i kontrolní skupiny bude pozván k účasti na polostrukturovaných rozhovorech vedených podle teoretického rámce domén (Cane et al., 2012). Rozhovory budou pokrývat témata jako zkušenost s učením, motivace, použitelnost, znalosti, dovednosti a sociální vlivy. Všechny rozhovory budou audio nahrány a doslovně přepsány. Data budou analyzována pomocí tematické analýzy, s počátečními kódy generovanými induktivně a poté organizovanými do širších kategorií a témat. Témata budou iterativně revidována a upřesňována, aby byla zajištěna důvěryhodnost a konzistence. Před účastí bude získán písemný informovaný souhlas a důvěrnost a dobrovolná účast budou striktně dodržovány. Každý účastník obdrží poukázku v hodnotě 100 HKD. Vzorový formulář podpisu poukázky lze nalézt v příloze 3.

Randomizace, utajení alokace a zaslepení Účastníci budou náhodně přiděleni do intervenčních skupin prostřednictvím randomizace provedené statistikem, který se nebude podílet na náboru subjektů. Účastníci budou zaslepeni. Výzkumní asistenti zapojení do náboru subjektů a odborníci na prevenci a kontrolu infekcí, kteří posuzují kvalitu hygieny rukou, budou zaslepeni k rozdělení do skupin. Výzkumní asistenti a studentské asistentky zapojené do nahrávání videí hygieny rukou na místě studie nebudou zaslepeni, protože budou dávat instrukce účastníkům.

Etické aspekty

Předpokládá se, že vzdělávací program nepředstavuje žádné fyzické ani psychické poškození účastníků. Existuje velmi malá pravděpodobnost kožní alergie na fluorescenční prášek. Pokud účastník vykazuje jakékoli známky kožní alergie, okamžitě přeruší studii. Kontaktní údaje etického nebo výzkumného odpovědného pracovníka jsou jasně uvedeny v informačním listu.

Vysvětlení studie bude poskytnuto účastníkům, kteří mají zájem se studie zúčastnit. Účastníkům bude také dána příležitost klást otázky našim projektovým pracovníkům. Dále bude účastníkům poskytnut informační list obsahující účel studie, důvěrnost dat a práva účastníků. Kontaktní údaje etického nebo výzkumného odpovědného pracovníka jsou jasně uvedeny v informačním listu. Pokud souhlasí s účastí ve studii, musí podepsat formulář souhlasu. Jejich účast je dobrovolná; mají právo kdykoli odstoupit ze studie bez následků.

Všechna shromážděná data budou uchovávána důvěrně a k datům budou mít přístup a budou je zpracovávat pouze výzkumní pracovníci. Kromě čísla studentského průkazu nebudou shromažďovány žádné osobní údaje účastníků. Pro kvalitativní složku budou účastníci také požádáni o souhlas s účastí v rozhovorech. Všechna interview data budou anonymizována a zacházeno s nimi důvěrně.

Důvěrnost a zabezpečení

Sběr dat bude anonymní, analyzován pouze pro stanovené účely a na základě souhlasu nebo jiného zákonného důvodu. Žádné osobní informace nebudou spojeny s obrazovými/video daty. Všechna obrazová/video data budou smazána jeden rok po dokončení projektu. Projekt nezahrnuje žádné aktivity nebo výsledky, které by vyvolávaly bezpečnostní problémy.

Reference

Allegranzi, B., Bagheri Nejad, S., Combescure, C., Graafmans, W., Attar, H., Donaldson, L., & Pittet, D. (2011). Burden of endemic health-care-associated infection in developing countries: systematic review and meta-analysis. Lancet, 377(9761), 228-241. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(10)61458-4

Ahn, C., Heo, M., & Zhang, S. (2015). Sample Size Calculations for Clustered and Longitudinal Outcomes in Clinical Research. CRC Press. New York.

Chen, Y. C., Sheng, W. H., Wang, J. T., Chang, S. C., Lin, H. C., Tien, K. L., Hsu, L. Y., & Tsai, K. S. (2011). Effectiveness and limitations of hand hygiene promotion on decreasing healthcare-associated infections. PLoS One, 6(11), e27163. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0027163

Mathur, P. (2011). Hand hygiene: back to the basics of infection control. Indian J Med Res, 134(5), 611-620. https://doi.org/10.4103/0971-5916.90985

WHO. (2009). In WHO Guidelines on Hand Hygiene in Health Care: First Global Patient Safety Challenge Clean Care Is Safer Care. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23805438

Yang, L., Lu, Y., Cao, J., Huang, J., & Zhang, M. (2020). E-Tree Learning: A Novel Decentralized Model Learning Framework for Edge AI. IEEE Internet of Things Journal.

Cane, J., O'Connor, D., & Michie, S. (2012). Validation of the theoretical domains framework for use in behaviour change and implementation research. Implementation science, 7(1), 37.