Skuteczność systemu rozszerzonej rzeczywistości opartego na sztucznej inteligencji Edge w szkoleniu z higieny rąk: wieloośrodkowe, mieszane metody badania klastrowego z randomizacją kontrolowaną (HANDHEART)

Znaczenie higieny rąk nie może być niedoceniane zarówno w placówkach opieki zdrowotnej, jak i w środowisku społecznym (Allegranzi i in., 2011; Mathur, 2011). Promowanie higieny rąk jest najlepszą praktyką w zapobieganiu zakażeniom związanym z opieką zdrowotną (WHO, 2009). Szacuje się, że higiena rąk mogłaby zmniejszyć ponad 500 000 zgonów rocznie. Stwierdzono, że roczny wpływ ekonomiczny zakażeń związanych z opieką zdrowotną w USA wyniósł około 6,5 miliarda USD w 2004 roku (WHO, 2009), a każdy 1 USD wydany na promocję higieny rąk może przynieść korzyść w wysokości 23,7 USD (Chen i in., 2011). Edukacja odgrywa kluczową rolę w ustanowieniu dobrej praktyki w zakresie higieny rąk.

Tradycyjne metody szkolenia w zakresie higieny rąk obejmują wykłady i praktyki w klasie, ale rzadko otrzymują one zindywidualizowane instrukcje i informacje zwrotne ze względu na ograniczone zasoby ludzkie i obiekty. Dlatego istnieje pilna potrzeba zaprojektowania zautomatyzowanego i zindywidualizowanego systemu szkoleniowego. Niniejszy proponowany projekt ma na celu zaprojektowanie i przetestowanie innowacyjnego narzędzia edukacyjnego do higieny rąk, z następującymi szczegółowymi celami:

1. opracowanie prototypu systemu AR wspieranego przez AI do szkolenia i oceny higieny rąk;
2. przeprowadzenie wieloośrodkowego, mieszanego badania z randomizacją (RCT) z nieróżniącą się skutecznością, aby przetestować skuteczność tego opartego na AI systemu szkolenia AR w zakresie wiedzy i praktyki higieny rąk w różnych populacjach w różnych środowiskach, w tym wśród studentów kierunków związanych ze zdrowiem, pracowników służby zdrowia i personelu pomocniczego w szpitalach;
3. ocena efektów systemu szkolenia AR opartego na AI i zebranie informacji zwrotnych od uczestników.
4. zbadanie doświadczeń, postaw i percepcji uczestników dotyczących szkolenia z higieny rąk przy użyciu ankiety z opiniami użytkowników i wywiadów grupowych.

Jeśli okaże się skuteczny, ten system może zostać zintegrowany z programem nauczania studentów kierunków związanych ze zdrowiem, pracowników służby zdrowia i personelu pomocniczego ze szpitali jako podejście do e-learningu. W przyszłości ten system może być również używany w miejscu opieki do monitorowania i audytu pracowników służby zdrowia w czasie rzeczywistym w innych placówkach opieki zdrowotnej. Oprócz ilościowych miar wyników, zostaną przeprowadzone wywiady jakościowe, aby zbadać doświadczenia edukacyjne studentów, postawy i postrzegane bariery dotyczące praktyki higieny rąk oraz użycia opartych na AI narzędzi szkoleniowych AR.

Metody

Projekt badania Jest to badanie metod mieszanych składające się z wieloośrodkowego, dwugrupowego badania z randomizacją (RCT) z nieróżniącą się skutecznością i komponentu jakościowego. RCT oceni skuteczność systemu szkolenia AR opartego na AI w zakresie wiedzy i praktyki higieny rąk studentów, podczas gdy badanie jakościowe zbada doświadczenia, postawy i postrzegane bariery studentów związane ze szkoleniem z higieny rąk poprzez częściowo ustrukturyzowane wywiady. W tym badaniu uczestniczą trzy ośrodki: Hong Kong Polytechnic University, Chinese University of Hong Kong oraz Szpital Tongji w Wuhan w Chinach. Zrekrutujemy uprawnionych studentów z dwóch uniwersytetów oraz pracowników służby zdrowia/personel pomocniczy ze Szpitala Tongji.

Rekrutacja uczestników Zrekrutujemy 480 studentów kierunków związanych ze zdrowiem z Hong Kong Polytechnic University i Chinese University of Hong Kong (n=240); pracowników służby zdrowia i personelu pomocniczego w szpitalach (n=240). Zbieranie danych będzie prowadzone od września 2025 do grudnia 2026. Uczestnicy zapiszą się na termin sesji szkoleniowych (każda sesja ma do 25 uczestników). Wszyscy uczestnicy uczestniczący w tej samej sesji zostaną przydzieleni do tej samej grupy poprzez randomizację klastrową. Statystyk przydzieli grupy z wyprzedzeniem za pomocą generatora liczb losowych. Uczestnicy nie zostaną poinformowani o swojej grupie przed przybyciem na miejsce badania.

Obliczyliśmy wielkość próby dla badania z randomizacją klastrową. Zakładamy, że liczba uczestników w każdym klastrze waha się od 6 do 25, w każdej grupie będzie około 10-30 klastrów. Zakładamy również, że odchylenie standardowe osób wynosi 2,00, współczynnik korelacji wewnątrzklastrowy wynosi 0,010, a współczynnik zmienności wielkości klastrów wynosi 0,500 (Ahn i in. 2015). Całkowita wielkość próby 480 może osiągnąć >91% mocy, aby wykryć różnicę między średnimi dwóch grup (przedział ufności -1,0 i 1,0) w dwustronnym teście t z poziomem istotności 0,050.

Ocena przed interwencją Podczas wizyty w ośrodku uczestnicy zostaną najpierw poproszeni o podpisanie formularza zgody i wypełnienie kwestionariusza dotyczącego wiedzy i praktyki higieny rąk (załącznik w Załączniku 1).

Uczestnicy będą musieli nałożyć proszek fluorescencyjny na obie dłonie, a następnie umyć ręce za pomocą mydła w płynie bez żadnych instrukcji (1. próba mycia rąk). Kamera zainstalowana nad umywalkami do mycia rąk będzie nagrywać filmy z obu dłoni (bez twarzy ani innych części ciała) podczas tej procedury. Po umyciu rąk uczestnicy będą musieli zeskanować pozostały na ich dłoniach proszek fluorescencyjny w skanerze dłoni (The Semmelweis Scanner™). Nagrane filmy z mycia rąk zostaną wykorzystane do trenowania algorytmów AI do automatycznego przetwarzania obrazów i ocen. Dwóch ekspertów IPC oceni jakość higieny rąk na tych filmach, co zostanie przyjęte jako prawda podstawowa w przetwarzaniu obrazów. Procent pozostałości żelu fluorescencyjnego na dłoniach widoczny w skanerze dłoni zostanie wykorzystany jako obiektywna ocena skuteczności mycia rąk u poszczególnych uczestników.

Grupy interwencyjne Grupa A (system szkolenia AR oparty na AI) Uczestnicy będą używać systemu szkolenia AR wspieranego przez AI, aby otrzymać zindywidualizowane oceny swoich wyników mycia rąk. Nie zostaną poinformowani o wynikach skanera dłoni.

Grupa B (Skaner dłoni + szkolenie wideo) Uczestnicy będą korzystać z istniejącego programu edukacyjnego, który okazał się skuteczny w naszym poprzednim badaniu (niepublikowane). W skrócie, uczestnicy zostaną poinformowani o wynikach skanera dłoni podczas pierwszej próby mycia rąk. Będą również oglądać film szkoleniowy o 7 krokach mycia rąk.

Ocena po interwencji Uczestnicy przeprowadzą drugą próbę mycia rąk, ponownie nakładając proszek fluorescencyjny na obie dłonie, a następnie wykonując mycie rąk z nagranymi filmami. Po umyciu rąk uczestnicy ponownie zeskanują pozostały na ich dłoniach proszek fluorescencyjny w skanerze dłoni.

Uczestnicy zostaną również poproszeni o wypełnienie kwestionariusza dotyczącego wiedzy i praktyki higieny rąk jako część oceny po interwencji.

Badanie jakościowe Oprócz badania z randomizacją, zostanie przeprowadzony komponent jakościowy, aby zbadać doświadczenia, postawy i postrzegane bariery uczestników wobec szkolenia z higieny rąk (patrz Załącznik 2). Celowa podpróba uczestników zarówno z grup interwencyjnych, jak i kontrolnych zostanie zaproszona do udziału w częściowo ustrukturyzowanych wywiadach prowadzonych według Teoretycznych Ram Domen (Cane i in., 2012). Wywiady będą obejmować tematy takie jak doświadczenie edukacyjne, motywacja, użyteczność, wiedza, umiejętności i wpływy społeczne. Wszystkie wywiady będą nagrywane dźwiękowo i transkrybowane dosłownie. Dane zostaną przeanalizowane przy użyciu analizy tematycznej, z początkowymi kodami generowanymi indukcyjnie, a następnie zorganizowanymi w szersze kategorie i tematy. Tematy będą iteracyjnie przeglądane i udoskonalane, aby zapewnić wiarygodność i spójność. Pisemna świadoma zgoda zostanie uzyskana przed uczestnictwem, a poufność i dobrowolność uczestnictwa będą ściśle przestrzegane. Każdy uczestnik otrzyma kupon o wartości 100 HKD. Przykładowy formularz podpisu kuponu można znaleźć w Załączniku 3.

Randomizacja, ukrywanie alokacji i zaślepienie Uczestnicy zostaną losowo przydzieleni do grup interwencyjnych poprzez proces randomizacji przeprowadzony przez statystyka, który nie będzie zaangażowany w rekrutację uczestników. Uczestnicy będą zaślepieni. RA zaangażowani w rekrutację uczestników i eksperci IPC oceniający jakość higieny rąk będą zaślepieni co do przynależności do grup. RA i asystenci studenci zaangażowani w nagrywanie filmów z higieny rąk w miejscu badania nie będą zaślepieni, ponieważ będą udzielać instrukcji uczestnikom.

Zagadnienia etyczne

Przewiduje się, że program edukacyjny nie spowoduje żadnej fizycznej ani psychologicznej szkody dla uczestników. Istnieje bardzo małe prawdopodobieństwo alergii skórnej na proszek fluorescencyjny. Jeśli uczestnik wykazuje jakiekolwiek oznaki alergii skórnej, natychmiast przerwie badanie. Dane kontaktowe osoby odpowiedzialnej za etykę lub badania są wyraźnie zapisane w ulotce informacyjnej.

Wyjaśnienie badania zostanie przedstawione uczestnikom zainteresowanym udziałem w badaniu. Uczestnicy będą również mieli możliwość zadawania pytań naszemu personelowi projektu. Ponadto, uczestnicy otrzymają również ulotkę informacyjną zawierającą cel badania, poufność danych i prawa uczestników. Dane kontaktowe osoby odpowiedzialnej za etykę lub badania są wyraźnie zapisane w ulotce informacyjnej. Jeśli zgodzą się uczestniczyć w badaniu, muszą podpisać formularz zgody. Ich uczestnictwo ma charakter dobrowolny; mają prawo wycofać się z badania w dowolnym momencie, jeśli chcą, bez konsekwencji.

Wszystkie zebrane dane będą przechowywane poufnie, a tylko personel badawczy będzie miał dostęp do danych i będzie nimi zarządzał. Żadne dane osobowe uczestników nie będą zbierane, z wyjątkiem numeru identyfikacyjnego studenta. Dla komponentu jakościowego uczestnicy zostaną również poproszeni o zgodę na udział w wywiadach. Wszystkie dane z wywiadów zostaną zanonimizowane i potraktowane poufnie.

Poufność i bezpieczeństwo

Zbieranie danych będzie anonimowe, analizowane tylko w określonych celach i na podstawie zgody lub innej podstawy prawnej przewidzianej przez prawo. Żadne dane osobowe nie będą powiązane z danymi obrazowymi/wideo. Wszystkie dane obrazowe/wideo zostaną usunięte rok po zakończeniu projektu. Projekt nie będzie obejmował żadnych działań ani wyników podnoszących kwestie bezpieczeństwa.

Referencje

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.