Effektiviteten av et Edge AI-basert Augmented Reality-system for håndhygienetrening: en multikenter, mixed-methods klynge-randomisert kontrollert studie (HANDHEART)

Betydningen av håndhygiene kan ikke undervurderes i både helsevesenet og samfunnet for øvrig (Allegranzi et al., 2011; Mathur, 2011). Fremming av håndhygiene er den beste praksisen for å forebygge helsetjenesterelaterte infeksjoner (WHO, 2009). Det er estimert at håndhygiene kan redusere over 500 000 tilskrevne dødsfall per år. Det ble funnet at den årlige økonomiske påvirkningen av helsetjenesterelaterte infeksjoner i USA var omtrent 6,5 milliarder dollar i 2004 (WHO, 2009), og at hver dollar brukt på håndhygienefremming kunne gi en fordel på 23,7 dollar (Chen et al., 2011). Utdanning spiller en nøkkelrolle i å etablere en god praksisbase for håndhygiene.

De tradisjonelle treningsmetodene for håndhygiene inkluderer forelesninger og praktiske øvelser i klasserommet, men de får sjelden individualiserte instruksjoner og tilbakemeldinger på grunn av begrenset mannskap og fasiliteter. Derfor er det et presserende behov for å designe et automatisert og individualisert treningssystem. Dette foreslåtte prosjektet har som mål å designe og teste et innovativt undervisningsverktøy for håndhygiene, med følgende spesifikke mål:

1. utvikle en prototype av det KI-støttede AR-systemet for håndhygienetrening og vurdering;
2. gjennomføre et multi-senter, blandet-metode ikke-underlegenhets randomisert kontrollert studie (RCT) for å teste effektiviteten av dette KI-baserte AR-treningssystemet på kunnskap og praksis for håndhygiene i ulike populasjoner i ulike settinger, inkludert bachelorstudenter innen helserelaterte disipliner, helsepersonell og støttepersonell på sykehus;
3. evaluere effektene av det KI-baserte AR-treningssystemet og samle inn tilbakemeldinger fra deltakerne.
4. undersøke deltakernes erfaringer, holdninger og oppfatninger av håndhygienetrening ved bruk av brukertilbakemeldingsundersøkelse og fokusgruppeintervjuer.

Hvis det viser seg å være effektivt, kan dette systemet integreres i læreplanen for studenter innen helserelaterte disipliner, helsepersonell og støttepersonell fra sykehus som en e-læringstilnærming. I fremtiden kan dette systemet også brukes på behandlingsstedet for sanntids overvåking og revisjon av helsearbeidere i andre helseinnstillinger. I tillegg til kvantitative resultatmål, vil det bli gjennomført kvalitative intervjuer for å utforske studentenes læringserfaringer, holdninger og opplevde barrierer angående håndhygienepraksis og bruken av KI-baserte AR-treningsverktøy.

Metoder

Studiedesign Dette er en blandet-metode studie som består av et multi-senter ikke-underlegenhet to-arm randomisert kontrollert studie (RCT) og en kvalitativ komponent. RCT-en vil evaluere effektiviteten av det KI-baserte AR-treningssystemet på studentenes kunnskap og praksis for håndhygiene, mens den kvalitative studien vil utforske studentenes erfaringer, holdninger og opplevde barrierer relatert til håndhygienetrening gjennom semi-strukturerte intervjuer. Det er tre sentre for denne studien: Hong Kong Polytechnic University, Chinese University of Hong Kong og Tongji Hospital i Wuhan, Kina. Vi vil rekruttere kvalifiserte bachelorstudenter fra de to universitetene, og helsepersonell/støttepersonell fra Tongji Hospital.

Deltakerrekruttering Vi vil rekruttere 480 bachelorstudenter fra helserelaterte disipliner fra Hong Kong Polytechnic University og Chinese University of Hong Kong (n=240); helsepersonell og støttepersonell på sykehus (n=240). Datainnsamling vil bli gjennomført fra september 2025 til desember 2026. Deltakerne vil abonnere på en tidsperiode for treningsøkter (hver økt har opptil 25 deltakere). Alle deltakere som deltar i samme økt vil bli tildelt samme gruppe ved klynge-randomisering. En statistiker vil tildele gruppene på forhånd ved hjelp av en tilfeldig tallgenerator. Deltakerne vil ikke bli informert om gruppetilordningen før de ankommer studieområdene.

Vi beregnet utvalgsstørrelsen for en klynge-randomisert kontrollert studie. Vi antar at antall deltakere i hver klynge varierer fra 6 til 25, og det vil være omtrent 10-30 klynger i hver gruppe. Vi antar også at standardavviket for deltakere er 2,00, intraklassekorrelasjonskoeffisienten er 0,010, og variasjonskoeffisienten for klyngestørrelser er 0,500 (Ahn et al. 2015). Den totale utvalgsstørrelsen på 480 kan oppnå >91% styrke til å oppdage en forskjell mellom to gruppegjennomsnitt (konfidensintervall -1,0 og 1,0) i en tosidig t-test med et signifikansnivå på 0,050.

Pre-intervensjonsvurdering Under studieområdebesøket vil deltakerne først bli bedt om å signere et samtykkeskjema og fylle ut et spørreskjema om kunnskap og praksis for håndhygiene (vedlagt i Vedlegg 1).

Deltakerne må legge fluorescerende pulver på begge hender og deretter utføre håndvask ved bruk av flytende såpe uten noen instruksjoner (1. HV-forsøk). Kameraet installert over håndvaskebeckenene vil ta videoer av begge hender (ikke ansiktet eller andre deler av kroppen) under denne prosedyren. Etter håndvask må deltakerne skanne fluorescerende pulver som gjenstår på hendene i en håndskanner (The Semmelweis Scanner™). De innspilte håndvaskevideoene vil bli brukt til å trene KI-algoritmene for automatisk bildebehandling og vurderinger. To IPC-eksperter vil bedømme kvaliteten på håndhygiene i disse videoene, som vil bli brukt som sannhetsgrunnlag i bildebehandling. Prosentandelen av fluorescerende gel-rest på hendene vist i håndskanneren vil bli brukt som en objektiv vurdering for effektiviteten av håndvask hos individuelle deltakere.

Intervensjonsgrupper Gruppe A (KI-basert AR-treningssystem) Deltakerne vil bruke det KI-støttede AR-treningssystemet for å få individualiserte vurderinger av håndvaskeprestasjonen deres. De vil ikke bli informert om håndskannerresultatene.

Gruppe B (Håndskanner + Videotrening) Deltakerne vil bruke et eksisterende undervisningsprogram som har vist seg effektivt i vår tidligere studie (upublisert). Kort fortalt vil deltakerne bli informert om håndskannerresultatene sine under det første HV-forsøket. De vil også se en treningsvideo om de 7 trinnene for håndvask.

Post-intervensjonsvurdering Deltakerne vil gjennomføre det andre HV-forsøket ved å legge fluorescerende pulver på begge hender igjen og deretter utføre håndvask med videoer innspilt. Etter håndvask vil deltakerne skanne fluorescerende pulver som gjenstår på hendene igjen i en håndskanner.

Deltakerne vil også bli bedt om å fylle ut et spørreskjema om kunnskap og praksis for håndhygiene som en del av post-intervensjonsvurderingen.

Kvalitativ studie I tillegg til den randomiserte kontrollerte studien, vil en kvalitativ komponent bli gjennomført for å utforske deltakernes erfaringer, holdninger og opplevde barrierer overfor håndhygienetrening (se Vedlegg 2). Et målrettet delutvalg av deltakere fra både intervensjons- og kontrollgrupper vil bli invitert til å delta i semi-strukturerte intervjuer veiledet av Theoretical Domains Framework (Cane et al., 2012). Intervjuene vil dekke emner som læringserfaring, motivasjon, brukervennlighet, kunnskap, ferdigheter og sosiale påvirkninger. Alle intervjuer vil bli lydinnspilt og transkribert ordrett. Data vil bli analysert ved bruk av tematisk analyse, med innledende koder generert induktivt og deretter organisert i bredere kategorier og temaer. Temaer vil bli iterativt gjennomgått og raffinerte for å sikre troverdighet og konsistens. Skriftlig informert samtykke vil bli innhentet før deltakelse, og konfidensialitet og frivillig deltakelse vil bli strengt overholdt. Hver deltaker vil få en 100 HKD-kupong. Eksempel på kupongsigneringsskjema finnes i Vedlegg 3.

Randomisering, allokering skjult og blinding Deltakerne vil bli tilfeldig tildelt intervensjonsgruppene gjennom en randomiseringsprosess utført av en statistiker som ikke vil være involvert i deltakerrekruttering. Deltakerne vil være blindet. RÅ-ene involvert i deltakerrekruttering og IPC-ekspertene som bedømmer kvaliteten på håndhygiene vil være blindet for gruppetilordningene. RÅ-ene og studentassistentene involvert i håndhygienevideoopptak på studieområdet vil ikke være blindet fordi de vil gi instruksjoner til deltakerne.

Etiske hensyn

Det forventes at undervisningsprogrammet ikke vil utgjøre noen fysisk eller psykologisk skade for deltakerne. Det er en svært lav sjanse for hudeallergi mot fluorescerende pulver. Hvis en deltaker viser tegn på hudeallergi, vil hun eller han umiddelbart stoppe studien. Kontaktopplysningene til enten den etiske eller forskningsansvarlige personen er tydelig skrevet i informasjonsarket.

Forklaring av studien vil bli gitt til deltakere som er interessert i å delta i studien. Deltakerne vil også få muligheten til å stille spørsmål til vårt prosjektpersonell. Videre vil informasjonsarket, inkludert formålet med studien, konfidensialiteten til dataene og deltakernes rettigheter, også bli gitt til deltakerne. Kontaktopplysningene til enten den etiske eller forskningsansvarlige personen er tydelig skrevet i informasjonsarket. Hvis de samtykker i å delta i studien, må de signere samtykkeskjemaet. Deltakelsen deres er frivillig; de har rett til å trekke seg fra studien når som helst hvis de ønsker det uten konsekvenser.

Alle innsamlede data vil bli holdt konfidensielt, og bare forskningspersonell kan få tilgang til og håndtere dataene. Ingen personlig informasjon om deltakerne vil bli samlet inn bortsett fra student-ID-nummeret. For den kvalitative komponenten vil deltakerne også bli bedt om samtykke til å delta i intervjuer. Alle intervjudata vil bli anonymisert og behandlet konfidensielt.

Konfidensialitet og sikkerhet

Datainnsamling vil være anonym, kun analysert for spesifiserte formål og basert på samtykke eller annet lovlig grunnlag fastsatt ved lov. Ingen personlig informasjon vil bli koblet til bilde-/videodata. Alle bilde-/videodata vil bli slettet ett år etter at prosjektet er fullført. Prosjektet vil ikke involvere noen aktiviteter eller resultater som reiser sikkerhetsspørsmål.

Referanser

Allegranzi, B., Bagheri Nejad, S., Combescure, C., Graafmans, W., Attar, H., Donaldson, L., & Pittet, D. (2011). Byrden av endemiske helsetjenesterelaterte infeksjoner i utviklingsland: systematisk gjennomgang og metaanalyse. Lancet, 377(9761), 228-241. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(10)61458-4

Ahn, C., Heo, M., & Zhang, S. (2015). Utvalgsstørrelsesberegninger for klyngete og longitudinelle utfall i klinisk forskning. 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). Effektivitet og begrensninger av håndhygienefremming for å redusere helsetjenesterelaterte infeksjoner. PLoS One, 6(11), e27163. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0027163

Mathur, P. (2011). Håndhygiene: tilbake til det grunnleggende om infeksjonskontroll. Indian J Med Res, 134(5), 611-620. https://doi.org/10.4103/0971-5916.90985

WHO. (2009). I WHO-retningslinjer for håndhygiene i helsevesenet: Første globale pasientsikkerhetsutfordring Ren omsorg er sikrere omsorg. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23805438

Yang, L., Lu, Y., Cao, J., Huang, J., & Zhang, M. (2020). E-Tree Learning: Et nytt desentralisert modelllæringsrammeverk for Edge AI. IEEE Internet of Things Journal.

Cane, J., O'Connor, D., & Michie, S. (2012). Validering av det teoretiske domenerammenverket for bruk i atferdsendrings- og implementeringsforskning. Implementation science, 7(1), 37.