보건 관련 학부생의 손 위생 교육을 위한 Edge AI 기반 AR 시스템

배경 현재 진행 중인 코로나19(COVID-19) 전염병은 전 세계적으로 공중 보건에 심각한 위협을 가하고 있습니다. 어린이의 증상은 경미하지만 다른 연령층에 비해 가정 내에서 바이러스를 전파할 가능성이 더 높은 것으로 나타났습니다. 의료 및 지역 사회 환경 모두에서 손 위생의 중요성을 과소평가할 수 없습니다. 손 위생을 장려하는 것은 의료 관련 감염을 예방하는 최선의 방법입니다. 손 위생을 관리하면 연간 50만 명 이상의 사망을 줄일 수 있는 것으로 추산됩니다. 2004년 미국에서 의료 관련 감염으로 인한 연간 경제적 영향은 대략 미화 65억 달러였으며, 손 위생 홍보에 미화 1달러를 지출하면 미화 23.7달러의 이익을 얻을 수 있는 것으로 나타났습니다. 교육은 손 위생에 대한 모범 사례 기반을 마련하는 데 중요한 역할을 합니다.

보건 관련 학과 학생들의 전통적인 훈련 방법은 강의실과 실습 등이 있으나, 제한된 인력과 시설로 인해 학생들에게 개별화된 지도와 피드백을 제공하는 경우는 거의 없습니다. 따라서 자동화되고 개별화된 교육 시스템을 설계하는 것이 시급합니다. 제안된 이 프로젝트는 다음과 같은 구체적인 목표를 가지고 손 위생에 대한 혁신적인 교육 도구를 설계하고 테스트하는 것을 목표로 합니다.

1. 건강 관련 학부생의 손 위생 교육 및 평가를 위한 AI 기반 AR 시스템의 프로토타입을 개발합니다.
2. 비열등성 무작위 대조 시험(RCT)을 수행하여 건강 관련 분야 학생들의 손 위생에 대한 지식과 실습에 대한 AI 기반 AR 교육 시스템의 효과를 테스트합니다.
3. AI 기반 AR 훈련 시스템의 효과를 평가하고 참가자로부터 피드백을 수집합니다.

효과적인 것으로 입증되면 이 시스템은 e-러닝 접근 방식으로 건강 관련 분야 학생들의 커리큘럼에 통합될 수 있습니다. 앞으로 이 시스템은 현장에서 다른 의료 환경의 의료 종사자를 실시간으로 모니터링하고 감사하는 데에도 사용할 수 있습니다.

방법 연구 설계: 이것은 비열등성 양팔 RCT입니다.

과목 모집 간호학부, 검안학부, 응용생물화학기술학과에서 과목을 수강하는 교차학문 학부생을 2024년 1월부터 6월까지 모집합니다. 참가자는 교육 세션의 시간대를 구독하게 됩니다(각 세션에는 4명의 참가자가 있습니다). 동일한 세션에 참석하는 모든 참가자는 클러스터 무작위 배정을 통해 동일한 그룹에 할당됩니다. 통계학자는 난수 생성기를 통해 미리 그룹을 할당합니다. 참가자는 연구 장소(PolyU의 Squina 국제 감염 통제 센터)에 도착하기 전에 자신의 그룹에 대한 정보를 받지 않습니다.

클러스터 무작위 대조 시험의 샘플 크기 각 클러스터의 참가자 수가 5~20명이라고 가정하면 각 그룹에는 약 6~20개의 클러스터가 있습니다. 피험자의 표준편차는 2.00, 클러스터 내 상관계수는 0.010, 클러스터 크기의 변동계수는 0.500으로 가정하였다. 200-240의 표본 크기는 유의 수준 0.050의 양측 t-검정에서 두 그룹 평균(신뢰 구간 -1.0과 1.0) 간의 차이를 탐지하는 >91% 검정력을 달성할 수 있습니다.

사전 개입 평가 현장 방문 중에 참가자는 먼저 동의서에 서명하고 손 위생에 대한 지식과 실천에 관한 설문지를 작성하라는 요청을 받습니다.

참가자는 양손에 형광가루를 묻힌 후 별도의 지시 없이 액체비누를 사용하여 손씻기를 실시해야 합니다(1차 HW 시도). 세면대 위에 설치된 카메라는 이 과정 동안 양손(얼굴이나 신체의 다른 부분 없음)의 영상을 촬영합니다. 손을 씻은 후 참가자는 손에 남아 있는 형광 가루를 핸드 스캐너(The Semmelweis Scanner™)로 스캔해야 합니다. 녹화된 손 씻기 영상은 자동 이미지 처리 및 평가를 위한 AI 알고리즘을 훈련하는 데 사용됩니다. 두 명의 IPC 전문가가 이 영상에서 손 위생의 질을 판단할 것이며, 이는 이미지 처리의 근거 자료로 채택될 것입니다. 핸드 스캐너에 표시된 손에 남아있는 형광 젤의 비율은 개별 참가자의 손 씻기 효과에 대한 객관적인 평가로 사용됩니다.

중재 그룹

그룹 A(AI 기반 AR 교육 시스템) 참가자는 AI 기반 AR 교육 시스템을 사용하여 손 씻기 성능에 대한 개별 평가를 받습니다. 핸드스캐너 결과에 대해서는 통보받지 않습니다.

그룹 B(핸드 스캐너 + 비디오 교육) 참가자는 이전 연구에서 효과가 입증된 기존 교육 프로그램을 사용하게 됩니다. 간단히 말해서 참가자는 첫 번째 HW 시도 중에 핸드 스캐너 결과에 대한 정보를 받게 됩니다. 또한 손 씻기 7단계에 대한 교육 비디오도 시청하게 됩니다.

중재 후 평가 참가자들은 두 번째 HW 시도를 통해 다시 양손에 형광 분말을 바르고 영상을 녹화하여 손 씻기를 수행합니다. 손을 씻은 후, 참가자들은 손에 남아 있는 형광 가루를 다시 핸드 스캐너로 스캔하게 됩니다.

또한 참가자는 중재 후 평가의 일환으로 손 위생에 대한 지식과 실천에 관한 설문지를 작성해야 합니다.

무작위화, 할당 은폐 및 맹검 참가자는 피험자 모집에 참여하지 않는 통계학자가 수행하는 무작위화 과정을 통해 중재 그룹에 무작위로 할당됩니다. 참가자들은 눈이 멀게 됩니다. 피험자 모집에 참여하는 RA와 손 위생의 질을 판단하는 IPC 전문가는 그룹화에 대해 알지 못합니다. 연구 현장에서 손 위생 비디오 녹화에 참여하는 RA 및 학생 조교는 참가자에게 지침을 제공하기 때문에 눈이 멀지 않습니다.