Effektiviteten af et Edge AI-baseret Augmented Reality-system til håndhygiejneuddannelse: et multicentrisk, mixed-methods klynge-randomiseret kontrolleret forsøg (HANDHEART)

Vigtigheden af håndhygiejne kan ikke undervurderes i både sundhedssektoren og i samfundet (Allegranzi et al., 2011; Mathur, 2011).
Fremme af håndhygiejne er den bedste praksis for at forebygge sundhedsvæsen-relaterede infektioner (WHO, 2009).
Det er blevet estimeret, at håndhygiejne kunne reducere over 500.000 tilskrevne dødsfald om året.
Det blev fundet, at den årlige økonomiske påvirkning af sundhedsvæsen-relaterede infektioner i USA var cirka 6,5 milliarder USD i 2004 (WHO, 2009) og hver 1 USD brugt på fremme af håndhygiejne kunne resultere i en fordel på 23,7 USD (Chen et al., 2011).
Uddannelse spiller en nøglerolle i at etablere en god praksisgrundlag for håndhygiejne.

De traditionelle træningsmetoder til håndhygiejne omfatter forelæsninger i klassen og praktisk øvelse, men de modtager sjældent individuelle instruktioner og feedback på grund af begrænset mandskab og faciliteter.
Derfor er der et presserende behov for at designe et automatiseret og individuelrettet træningssystem.
Dette foreslåede projekt har til formål at designe og teste et innovativt undervisningsværktøj til håndhygiejne, med følgende specifikke mål:

1. udvikle en prototype af det AI-støttede AR-system til håndhygiejnetræning og -vurdering;
2. gennemføre et multicentret, blandet-metode ikke-underlegenheds randomiseret kontrolleret forsøg (RCT) for at teste effektiviteten af dette AI-baserede AR-træningssystem på viden og praksis om håndhygiejne i forskellige befolkningsgrupper i forskellige miljøer, herunder bachelorstuderende i sundhedsrelaterede discipliner, sundhedspersonale og støttepersonale på hospitaler;
3. vurdere effekterne af det AI-baserede AR-træningssystem og indsamle feedback fra deltagerne.
4. undersøge deltagernes erfaringer, holdninger og opfattelser af håndhygiejnetræning ved hjælp af brugerfeedbackundersøgelse og fokusgruppeinterviews.

Hvis det viser sig effektivt, kan dette system integreres i pensum for studerende i sundhedsrelaterede discipliner, sundhedspersonale og støttepersonale fra hospitaler som en e-læringstilgang.
I fremtiden kan dette system også bruges på behandlingsstedet til realtidsmonitorering og revision af sundhedspersonale i andre sundhedsindstillinger.
Ud over kvantitative resultatmål vil der blive gennemført kvalitative interviews for at udforske studerendes læringserfaringer, holdninger og opfattede barrierer vedrørende håndhygiejnepraksis og brugen af AI-baserede AR-træningsværktøjer.

Metoder

Studiedesign Dette er et blandet-metode studie bestående af et multicentret ikke-underlegenheds to-armet randomiseret kontrolleret forsøg (RCT) og en kvalitativ komponent.
RCT'en vil evaluere effektiviteten af det AI-baserede AR-træningssystem på studerendes viden og praksis om håndhygiejne, mens den kvalitative undersøgelse vil udforske studerendes erfaringer, holdninger og opfattede barrierer relateret til håndhygiejnetræning gennem semistrukturerede interviews.
Der er tre centre for dette forsøg: Hong Kong Polytechnic University, Chinese University of Hong Kong og Tongji Hospital i Wuhan, Kina.
Vi vil rekruttere kvalificerede bachelorstuderende fra to universiteter og sundhedspersonale/støttepersonale fra Tongji Hospital.

Deltagerrekruttering Vi vil rekruttere 480 bachelorstuderende fra sundhedsrelaterede discipliner fra Hong Kong Polytechnic University og Chinese University of Hong Kong (n=240); sundhedspersonale og støttepersonale på hospitaler (n=240).
Dataindsamling vil blive gennemført fra september 2025 til december 2026.
Deltagere vil tilmelde sig en tidsblok til træningssessioner (hver session har op til 25 deltagere).
Alle deltagere, der deltager i samme session, vil blive tildelt samme gruppe ved klynge-randomisering.
En statistiker vil tildele grupperne på forhånd ved hjælp af en tilfældig talgenerator.
Deltagerne vil ikke blive informeret om deres gruppe før ankomst til undersøgelsesstederne.

Vi beregnede stikprøvestørrelsen for et klynge-randomiseret kontrolleret forsøg.
Vi antager, at antallet af deltagere i hver klynge varierer fra 6 til 25, der vil være cirka 10-30 klynger i hver gruppe.
Vi antager også, at standardafvigelsen for forsøgspersoner er 2,00, intraklassekorrelationskoefficienten er 0,010 og variationskoefficienten for klyngestørrelser er 0,500 (Ahn et al. 2015).
Den samlede stikprøvestørrelse på 480 kan opnå >91% styrke til at påvise en forskel mellem to gruppemidler (konfidensinterval -1,0 og 1,0) i en to-sidet t-test med et signifikansniveau på 0,050.

Præ-interventionsvurdering Under stedbesøget vil deltagerne først blive inviteret til at underskrive et samtykkeerklæring og udfylde et spørgeskema om viden og praksis om håndhygiejne (vedhæftet i Bilag 1).

Deltagere skal anbringe fluorescerende pulver på begge hænder og derefter udføre håndvask med flydende sæbe uden nogen instruktioner (1. HW-forsøg).
Kameraet installeret over håndvaskene vil optage videoer af begge hænder (ikke ansigt eller andre kropsdele) under denne procedure.
Efter håndvask skal deltagerne scanne fluorescerende pulver tilbage på deres hænder i en håndscanner (The Semmelweis Scanner™).
De optagede håndvaskvideoer vil blive brugt til at træne AI-algoritmerne til automatisk billedbehandling og vurderinger.
To IPC-eksperter vil bedømme kvaliteten af håndhygiejne i disse videoer, som vil blive anvendt som grundsandhed i billedbehandling.
Procentdelen af fluorescerende gelrester på hænderne vist i håndscanneren vil blive brugt som en objektiv vurdering af effektiviteten af håndvask hos individuelle deltagere.

Interventionsgrupper Gruppe A (AI-baseret AR-træningssystem) Deltagere vil bruge det AI-støttede AR-træningssystem til at få individuelle vurderinger af deres håndvaskpræstation.
De vil ikke blive informeret om håndscannerresultaterne.

Gruppe B (Håndscanner + Videotræning) Deltagere vil bruge et eksisterende uddannelsesprogram, der har vist sig effektivt i vores tidligere undersøgelse (upubliceret).
Kort fortalt vil deltagerne blive informeret om deres håndscannerresultater under det første HW-forsøg.
De vil også se en træningsvideo om de 7 trin i håndvask.

Post-interventionsvurdering Deltagerne vil foretage det andet HW-forsøg ved igen at anbringe fluorescerende pulver på begge hænder og derefter udføre håndvask med optagede videoer.
Efter håndvask vil deltagerne igen scanne fluorescerende pulver tilbage på deres hænder i en håndscanner.

Deltagere vil også blive bedt om at udfylde et spørgeskema om viden og praksis om håndhygiejne som en del af post-interventionsvurderingen.

Kvalitativ undersøgelse Ud over det randomiserede kontrollerede forsøg vil der blive gennemført en kvalitativ komponent for at udforske deltagernes erfaringer, holdninger og opfattede barrierer over for håndhygiejnetræning (se Bilag 2).
Et målrettet underudvalg af deltagere fra både interventions- og kontrolgrupper vil blive inviteret til at deltage i semistrukturerede interviews vejledt af Theoretical Domains Framework (Cane et al., 2012).
Interviewene vil dække emner som læringserfaring, motivation, brugervenlighed, viden, færdigheder og sociale påvirkninger.
Alle interviews vil blive lydoptaget og transskriberet ordret.
Data vil blive analyseret ved hjælp af tematisk analyse, med indledende koder genereret induktivt og derefter organiseret i bredere kategorier og temaer.
Temaer vil blive iterativt gennemgået og forfinet for at sikre troværdighed og konsistens.
Skriftligt informeret samtykke vil blive indhentet før deltagelse, og fortrolighed og frivillig deltagelse vil blive strengt overholdt.
Hver deltager vil modtage en 100 HKD-kupon.
Eksempel på kuponsignaturformular kan findes i Bilag 3.

Randomisering, allokeringsskjul og blinding Deltagere vil blive tilfældigt tildelt interventionsgrupperne gennem en randomiseringsproces udført af en statistiker, der ikke vil være involveret i deltagerrekruttering.
Deltagerne vil være blindede.
RA'erne involveret i deltagerrekruttering og IPC-eksperterne, der bedømmer kvaliteten af håndhygiejne, vil være blindede for gruppetildelingerne.
RA'erne og studiemedarbejderne involveret i håndhygiejnevideooptagelse på undersøgelsesstedet vil ikke være blindede, fordi de vil give instruktioner til deltagerne.

Etiske overvejelser

Det forventes, at uddannelsesprogrammet ikke vil udgøre nogen fysisk eller psykologisk skade for deltagerne.
Der er en meget lav sandsynlighed for hudallergi over for fluorescerende pulver.
Hvis en deltager viser tegn på hudallergi, vil han eller hun straks stoppe forsøget.
Kontaktoplysningerne for enten den etiske eller forskningsansvarlige personale er tydeligt skrevet i informationsarket.

Forklaring af undersøgelsen vil blive givet til deltagere, der er interesserede i at deltage i undersøgelsen.
Deltagere vil også få mulighed for at stille spørgsmål til vores projektpersonale.
Desuden vil informationsarket, herunder formålet med undersøgelsen, fortroligheden af data og deltagernes rettigheder, også blive givet til deltagerne.
Kontaktoplysningerne for enten den etiske eller forskningsansvarlige personale er tydeligt skrevet i informationsarket.
Hvis de accepterer at deltage i undersøgelsen, skal de underskrive samtykkeerklæringen.
Deres deltagelse er på frivillig basis; de har ret til at trække sig fra undersøgelsen når som helst, hvis de ønsker det, uden konsekvenser.

Alle indsamlede data vil blive opbevaret fortroligt, og kun forskningspersonale kan tilgå og håndtere dataene.
Ingen personlige oplysninger om deltagerne vil blive indsamlet undtagen studienummeret.
Til den kvalitative komponent vil deltagere også blive bedt om samtykke til at deltage i interviews.
Alle interviewdata vil blive anonymiseret og håndteret fortroligt.

Fortrolighed og sikkerhed

Dataindsamling vil være anonym, kun analyseret til specificerede formål og baseret på samtykke eller andet lovligt grundlag fastsat ved lov.
Ingen personlige oplysninger vil blive knyttet til billede/videodata.
Alle billede/videodata vil blive slettet et år efter projektet er afsluttet.
Projektet vil ikke involvere nogen aktiviteter eller resultater, der rejser sikkerhedsproblemer.

Referencer

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.