Reunalla olevaan tekoälyyn perustuvan lisätyn todellisuuden järjestelmän tehokkuus käden hygieniaharjoittelussa: monikeskuksinen, sekamenetelmäinen klusterisatunnaistettu kontrolloitu koe (HANDHEART)

Kädenhygienian tärkeyttä ei voi aliarvioida terveydenhuollossa eikä yhteisöissä (Allegranzi et al., 2011; Mathur, 2011). Kädenhygienian edistäminen on paras käytäntö terveydenhuollon yhteydessä tapahtuvien infektioiden ehkäisyssä (WHO, 2009). On arvioitu, että kädenhygienia voisi vähentää yli 500 000 vuodessa tapahtuvaa kuolemantapausta. Havaittiin, että terveydenhuollon yhteydessä tapahtuvien infektioiden vuotuinen taloudellinen vaikutus Yhdysvalloissa oli noin 6,5 miljardia USD vuonna 2004 (WHO, 2009) ja jokainen kädenhygienian edistämiseen käytetty 1 USD voi tuottaa 23,7 USD:n hyödyn (Chen et al., 2011). Koulutuksella on keskeinen rooli hyvän käytännön perustan luomisessa kädenhygienian osalta.

Perinteiset koulutusmenetelmät kädenhygienialle sisältävät luentoja ja käytännön harjoituksia, mutta ne saavat harvoin yksilöllisiä ohjeita ja palautetta rajoitetun henkilöstön ja tilojen vuoksi. Siksi on kiireellinen tarve suunnitella automatisoitu ja yksilöllinen koulutusjärjestelmä. Tämän ehdotetun projektin tavoitteena on suunnitella ja testata innovatiivista koulutusvälinettä kädenhygienialle seuraavin erityistavoittein:

1. kehittää prototyyppi tekoälyn ja lisätyn todellisuuden hyödyntävästä järjestelmästä kädenhygieniakoulutukseen ja -arviointiin;
2. suorittaa monikeskuksinen, monimenetelmäinen ei-heikommuustutkimus satunnaistettu kontrolloitu koe (RCT) testaamaan tämän tekoälypohjaisen lisätyn todellisuuden koulutusjärjestelmän tehokkuutta kädenhygienian tiedossa ja käytännössä eri väestöryhmissä eri ympäristöissä, mukaan lukien terveysalan opiskelijat, terveydenhuollon ammattilaiset ja tukityöntekijät sairaaloissa;
3. arvioida tekoälypohjaisen lisätyn todellisuuden koulutusjärjestelmän vaikutuksia ja kerätä palautetta osallistujilta.
4. tutkia osallistujien kokemuksia, asenteita ja käsityksiä kädenhygieniakoulutuksesta käyttäjäpalautekyselyn ja fokusryhmähaastattelujen avulla.

Jos järjestelmä osoittautuu tehokkaaksi, se voidaan integroida terveysalan opiskelijoiden, terveydenhuollon ammattilaisten ja sairaaloiden tukityöntekijöiden opetussuunnitelmaan e-oppimismenetelmänä. Tulevaisuudessa järjestelmää voidaan käyttää myös hoitopaikoissa reaaliaikaiseen valvontaan ja tarkastukseen terveydenhuollon työntekijöistä muissa terveydenhuolto-olosuhteissa. Kvantitatiivisten lopputulosmittareiden lisäksi suoritetaan laadullisia haastatteluja tutkiakseen opiskelijoiden oppimiskokemuksia, asenteita ja koettuja esteitä kädenhygieniakäytäntöön sekä tekoälypohjaisten lisätyn todellisuuden koulutusvälineiden käyttöön liittyen.

Menetelmät

Tutkimussuunnittelu Tämä on monimenetelmätutkimus, joka koostuu monikeskuksisesta ei-heikommuustutkimuksesta kahden ryhmän satunnaistetusta kontrolloidusta kokeesta (RCT) ja laadullisesta osiosta. RCT arvioi tekoälypohjaisen lisätyn todellisuuden koulutusjärjestelmän tehokkuutta opiskelijoiden kädenhygienian tiedossa ja käytännössä, kun taas laadullinen tutkimus tutkii opiskelijoiden kokemuksia, asenteita ja koettuja esteitä kädenhygieniakoulutukseen liittyen puolistrukturoitujen haastattelujen kautta. Kokeessa on kolme keskusta: Hongkongin polytekninen yliopisto, Hongkongin kiinalainen yliopisto ja Tongjin sairaala Wuhanissa, Kiinassa. Rekrytoimme kelpoisia kandidaatteja kahdesta yliopistosta sekä terveydenhuollon ammattilaisia/tukityöntekijöitä Tongjin sairaalasta.

Osallistujien rekrytointi Rekrytoimme 480 terveysalan opiskelijaa Hongkongin polyteknisestä yliopistosta ja Hongkongin kiinalaisesta yliopistosta (n=240); terveydenhuollon ammattilaisia ja tukityöntekijöitä sairaaloissa (n=240). Tietojen keruu suoritetaan syyskuun 2025 ja joulukuun 2026 välisenä aikana. Osallistujat varaavat ajan koulutustilaisuuksille (kussakin tilaisuudessa enintään 25 osallistujaa). Kaikki samaan tilaisuuteen osallistuvat jaetaan samaan ryhmään klusterisatunnaistuksella. Tilastotieteilijä määrittää ryhmät etukäteen satunnaislukugeneraattorilla. Osallistujia ei informoida ryhmistään ennen saapumista tutkimuspaikoille.

Laskimme otoskoon klusterisatunnaistetulle kontrolloidulle kokeelle. Oletamme, että kunkin klusterin osallistujamäärä vaihtelee 6–25 välillä, ja kussakin ryhmässä on noin 10–30 klusteria. Oletamme myös, että koehenkilöiden keskihajonta on 2,00, klusterisisäinen korrelaatiokerroin on 0,010 ja klusterikokojen variaatiokerroin on 0,500 (Ahn et al. 2015). Kokonaisotoskoko 480 voi saavuttaa >91 % testitehon havaita ero kahden ryhmän keskiarvojen välillä (luottamusväli -1,0 ja 1,0) kaksisuuntaisessa t-testissä merkitsevyystasolla 0,050.

Ennakkoarviointi Tutkimuspaikalla osallistujia pyydetään ensin allekirjoittamaan suostumuslomake ja täyttämään kysely kädenhygienian tiedosta ja käytännöstä (liitteessä 1).

Osallistujien on levitettävä fluoresoivaa jauhetta molempiin käsiinsä ja suoritettava sitten käsienpesu nestemäisellä saippualla ilman ohjeita (1. KP- yritys). Käsienpesualtaiden yläpuolelle asennetut kamerat tallentavat videota molemmista käsistä (ei kasvoja eikä muita kehon osia) tämän menettelyn aikana. Käsienpesun jälkeen osallistujien on skannattava käsiskannerilla (The Semmelweis Scanner™) käsiin jäänyt fluoresoiva jauhe. Tallennetut käsienpesuvideot käytetään tekoälyalgoritmien kouluttamiseen automaattista kuvankäsittelyä ja arviointeja varten. Kaksi IPC-asiantuntijaa arvioi kädenhygienian laatua näissä videoissa, ja näitä käytetään perustotuuksina kuvankäsittelyssä. Käsiskannerissa näkyvän fluoresoivan geelin prosenttiosuus käsinä käytetään objektiivisena arviona kunkin osallistujan käsienpesun tehosta.

Interventioryhmät Ryhmä A (tekoälypohjainen lisätyn todellisuuden koulutusjärjestelmä) Osallistujat käyttävät tekoälyn ja lisätyn todellisuuden hyödyntävää koulutusjärjestelmää saadakseen yksilöllisiä arvioita käsienpesusuorituksestaan. Heitä ei informoida käsiskannerituloksista.

Ryhmä B (Käsiskanneri + videokoulutus) Osallistujat käyttävät olemassa olevaa koulutusohjelmaa, joka on osoittautunut tehokkaaksi aiemmassa tutkimuksessamme (julkaisematon). Lyhyesti, osallistujat saavat tietoa käsiskannerituloksistaan ensimmäisen KP-yrityksen aikana. He katsovat myös koulutusvideon käsienpesun 7 vaiheesta.

Jälkikäteen arviointi Osallistujat suorittavat toisen KP-yrityksen levittämällä fluoresoivaa jauhetta uudelleen molempiin käsiinsä ja suorittamalla sitten käsienpesun videoiden tallennuksen kanssa. Käsienpesun jälkeen osallistujat skannaavat jälleen käsiskannerilla käsiin jääneen fluoresoivan jauheen.

Osallistujilta pyydetään myös täyttämään kysely kädenhygienian tiedosta ja käytännöstä osana jälkikäteen arviointia.

Laadullinen tutkimus Satunnaistetun kontrolloidun kokeen lisäksi suoritetaan laadullinen osio tutkiakseen osallistujien kokemuksia, asenteita ja koettuja esteitä kädenhygieniakoulutukseen liittyen (katso liite 2). Tarkoituksenmukainen alaotos osallistujia molemmista interventio- ja kontrolliryhmistä kutsutaan osallistumaan puolistrukturoituihin haastatteluihin, joita ohjaa teoreettinen toimialueiden viitekehys (Cane et al., 2012). Haastattelut kattavat aiheita kuten oppimiskokemus, motivaatio, käytettävyys, tieto, taidot ja sosiaaliset vaikutteet. Kaikki haastattelut nauhoitetaan äänitteinä ja litteroidaan sanatarkasti. Tietoja analysoidaan temaattisella analyysillä, alustavat koodit luodaan induktiivisesti ja järjestetään sitten laajempiin luokkiin ja teemoihin. Teemoja tarkistetaan ja hienosäädetään iteratiivisesti varmistaakseen uskottavuuden ja johdonmukaisuuden. Kirjallinen informoitu suostumus saadaan ennen osallistumista, ja luottamuksellisuutta sekä vapaaehtoista osallistumista noudatetaan tiukasti. Jokainen osallistuja saa 100 HKD:n kuponin. Mallikuponin allekirjoituslomake löytyy liitteestä 3.

Satunnaistaminen, allokaatiokätkeminen ja sokkoutus Osallistujat jaetaan satunnaisesti interventioryhmiin satunnaistamisprosessin kautta, jonka suorittaa tilastotieteilijä, joka ei ole mukana osallistujien rekrytoinnissa. Osallistujat sokkoutetaan. Osallistujien rekrytointiin osallistuvat tutkimusavustajat ja kädenhygienian laatua arvioivat IPC-asiantuntijat sokkoutetaan ryhmityksiin. Tutkimuspaikalla käsienpesuvideoiden tallennukseen osallistuvat tutkimusavustajat ja opiskelija-avustajat eivät ole sokkoutuneita, koska he antavat ohjeita osallistujille.

Eettiset näkökohdat

Odotetaan, että koulutusohjelma ei aiheuta mitään fyysistä tai psykologista haittaa osallistujille. On erittäin pieni mahdollisuus ihon allergialle fluoresoivaan jauheeseen. Jos osallistuja osoittaa mitään ihon allergian merkkejä, hän keskeyttää välittömästi kokeen. Joko eettisen tai tutkimusvastuullisen henkilön yhteystiedot on selvästi kirjoitettu tietosivulle.

Tutkimuksen selitys annetaan osallistujille, jotka ovat kiinnostuneita osallistumaan tutkimukseen. Osallistujille annetaan myös mahdollisuus esittää kysymyksiä projektityöntekijöillemme. Lisäksi osallistujille annetaan myös tietosivu, joka sisältää tutkimuksen tarkoituksen, tietojen luottamuksellisuuden ja osallistujien oikeudet. Joko eettisen tai tutkimusvastuullisen henkilön yhteystiedot on selvästi kirjoitettu tietosivulle. Jos he suostuvat osallistumaan tutkimukseen, heidän on allekirjoitettava suostumuslomake. Heidän osallistumisensa on vapaaehtoista; heillä on oikeus keskeyttää osallistuminen tutkimukseen milloin tahansa ilman seuraamuksia, jos he haluavat.

Kaikki kerätyt tiedot pidetään luottamuksellisina, ja vain tutkimushenkilökunta voi käyttää ja käsitellä tietoja. Osallistujien henkilötietoja ei kerätä muuta kuin opiskelijanumero. Laadullista osiota varten osallistujilta pyydetään myös suostumus haastatteluihin osallistumiseen. Kaikki haastattelutiedot anonymisoidaan ja käsitellään luottamuksellisesti.

Luottamuksellisuus ja turvallisuus

Tietojen keruu on anonymisoitu, analysoidaan vain määriteltyihin tarkoituksiin ja perustuu lakisääteiseen suostumukseen tai muulle lailliseen perusteelle. Henkilötietoja ei linkitetä kuva-/videotietoihin. Kaikki kuva-/videotiedot poistetaan vuosi projektin päätyttyä. Projektiin ei liity mitään toimintoja tai tuloksia, jotka herättäisivät turvallisuuskysymyksiä.

Viitteet

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.