Effektiviteten av ett Edge AI-baserat Augmented Reality-system för handhygienutbildning: en multicenter, mixed-methods cluster randomiserad kontrollerad studie (HANDHEART)

Betydelsen av handhygien kan inte underskattas vare sig inom sjukvården eller i samhället i övrigt (Allegranzi et al., 2011; Mathur, 2011). Att främja handhygien är bästa praxis för att förebygga sjukvårdsrelaterade infektioner (WHO, 2009). Det har uppskattats att handhygien skulle kunna minska över 500 000 tillskrivna dödsfall per år. Det visade sig att den årliga ekonomiska påverkan av sjukvårdsrelaterade infektioner i USA var cirka 6,5 miljarder USD år 2004 (WHO, 2009) och att varje USD som spenderas på att främja handhygien kunde ge en fördel på 23,7 USD (Chen et al., 2011). Utbildning spelar en nyckelroll för att skapa en god grund i handhygien.

De traditionella utbildningsmetoderna för handhygien inkluderar föreläsningar och praktiska moment i klassrum, men de får sällan individuella instruktioner och feedback på grund av begränsad personal och faciliteter. Därför finns ett akut behov av att utforma ett automatiserat och individualiserat utbildningssystem. Detta föreslagna projekt syftar till att utforma och testa ett innovativt utbildningsverktyg för handhygien, med följande specifika mål:

1. utveckla en prototyp av det AI-drivna AR-systemet för utbildning och bedömning av handhygien;
2. genomföra en multicentrisk, mixed-methods non-inferiority randomiserad kontrollerad studie (RCT) för att testa effektiviteten av detta AI-baserade AR-utbildningssystem på kunskap och praktik inom handhygien hos olika populationer i olika miljöer, inklusive grundutbildningsstudenter inom hälsorelaterade discipliner, sjukvårdspersonal och stödpersonal på sjukhus;
3. utvärdera effekterna av det AI-baserade AR-utbildningssystemet och samla in feedback från deltagarna.
4. undersöka deltagarnas erfarenheter, attityder och uppfattningar om handhygienutbildning genom användarundersökningar och fokusgruppsintervjuer.

Om det visar sig vara effektivt kan detta system integreras i läroplanen för studenter inom hälsorelaterade discipliner, sjukvårdspersonal och stödpersonal från sjukhus som en e-lärandemetod. I framtiden kan detta system också användas vid vårdpunkten för realtidsövervakning och granskning av sjukvårdspersonal i andra sjukvårdsmiljöer. Förutom kvantitativa resultatmått kommer kvalitativa intervjuer att genomföras för att utforska studenternas lärandeerfarenheter, attityder och upplevda hinder gällande handhygienpraxis och användningen av AI-baserade AR-utbildningsverktyg.

Metod

Studiedesign Detta är en mixed-methods-studie som består av en multicentrisk non-inferiority tvåarmad randomiserad kontrollerad studie (RCT) och en kvalitativ komponent. RCT:n kommer att utvärdera effektiviteten av det AI-baserade AR-utbildningssystemet på studenternas kunskap och praktik inom handhygien, medan den kvalitativa studien kommer att utforska studenternas erfarenheter, attityder och upplevda hinder relaterade till handhygienutbildning genom semistrukturerade intervjuer. Det finns tre centra för detta försök: Hong Kong Polytechnic University, Chinese University of Hong Kong och Tongji Hospital i Wuhan, Kina. Vi kommer att rekrytera berättigade grundutbildningsstudenter från två universitet och sjukvårdspersonal/stödpersonal från Tongji Hospital.

Deltagarrekrytering Vi kommer att rekrytera 480 grundutbildningsstudenter från hälsorelaterade discipliner från Hong Kong Polytechnic University och Chinese University of Hong Kong (n=240); sjukvårdspersonal och stödpersonal på sjukhus (n=240). Datainsamling kommer att genomföras under september 2025 till december 2026. Deltagarna kommer att boka en tid för utbildningssessioner (varje session har upp till 25 deltagare). Alla deltagare som deltar i samma session kommer att tilldelas samma grupp genom klusterrandomisering. En statistiker kommer att tilldela grupperna i förväg med hjälp av en slumptalsgenerator. Deltagarna kommer inte att informeras om sin grupp innan de anländer till studielokalerna.

Vi beräknade urvalsstorleken för en klusterrandomiserad kontrollerad studie. Vi antar att antalet deltagare i varje kluster varierar från 6 till 25, det kommer att finnas cirka 10–30 kluster i varje grupp. Vi antar också att standardavvikelsen för försökspersoner är 2,00, intraklusterkorrelationskoefficienten är 0,010 och variationskoefficienten för klusterstorlekar är 0,500 (Ahn et al. 2015). Den totala urvalsstorleken på 480 kan uppnå >91% styrka för att upptäcka en skillnad mellan två gruppers medelvärden (konfidensintervall -1,0 och 1,0) i ett tvåsidigt t-test med en signifikansnivå på 0,050.

Förinterventionsbedömning Under platsbesöket kommer deltagarna att uppmanas att först skriva under ett samtyckesformulär och fylla i ett frågeformulär om kunskap och praktik inom handhygien (bilagt i Bilaga 1).

Deltagarna kommer att behöva applicera fluorescerande pulver på båda händerna och sedan utföra handtvätt med flytande tvål utan några instruktioner (1:a HW-försöket). Kameran som är installerad ovanför handtvättsbassängerna kommer att spela in videor av båda händerna (inte ansikte eller andra kroppsdelar) under denna procedur. Efter handtvätt kommer deltagarna att behöva scanna fluorescerande pulver som finns kvar på händerna i en handskanner (The Semmelweis Scanner™). De inspelade handtvättsvideorna kommer att användas för att träna AI-algoritmerna för automatisk bildbehandling och bedömningar. Två IPC-experter kommer att bedöma kvaliteten på handhygienen i dessa videor, vilket kommer att användas som grundsanning i bildbehandlingen. Procentandelen fluorescerande gel som återstår på händerna som visas i handskannern kommer att användas som en objektiv bedömning av effektiviteten i handtvätt för enskilda deltagare.

Interventionsgrupper Grupp A (AI-baserat AR-utbildningssystem) Deltagarna kommer att använda det AI-drivna AR-utbildningssystemet för att få individuella bedömningar av sin handtvättsprestanda. De kommer inte att informeras om handskannerresultaten.

Grupp B (Handskanner + Videoutbildning) Deltagarna kommer att använda ett befintligt utbildningsprogram som har visat sig vara effektivt i vår tidigare studie (opublicerad). Kortfattat kommer deltagarna att informeras om sina handskannerresultat under det första HW-försöket. De kommer också att titta på en utbildningsvideo om de 7 stegen i handtvätt.

Postinterventionsbedömning Deltagarna kommer att göra det andra HW-försöket genom att applicera fluorescerande pulver på båda händerna igen och sedan utföra handtvätt med videor som spelas in. Efter handtvätt kommer deltagarna att scanna fluorescerande pulver som finns kvar på händerna igen i en handskanner.

Deltagarna kommer också att ombes att fylla i ett frågeformulär om kunskap och praktik inom handhygien som en del av postinterventionsbedömningen.

Kvalitativ studie Förutom den randomiserade kontrollerade studien kommer en kvalitativ komponent att genomföras för att utforska deltagarnas erfarenheter, attityder och upplevda hinder mot handhygienutbildning (se Bilaga 2). Ett målstyrt urval av deltagare från både interventions- och kontrollgrupper kommer att bjudas in till semistrukturerade intervjuer som vägleds av Theoretical Domains Framework (Cane et al., 2012). Intervjuerna kommer att täcka ämnen som lärandeerfarenhet, motivation, användbarhet, kunskap, färdigheter och sociala influenser. Alla intervjuer kommer att spelas in och transkriberas ordagrant. Data kommer att analyseras med tematisk analys, med inledande koder som genereras induktivt och sedan organiseras i bredare kategorier och teman. Teman kommer att granskas och förfinas iterativt för att säkerställa trovärdighet och konsekvens. Skriftligt informerat samtycke kommer att erhållas före deltagande, och konfidentialitet och frivilligt deltagande kommer att strikt efterlevas. Varje deltagare kommer att få en kupong på 100 HKD. Exempel på kupongsigneringsformulär finns i Bilaga 3.

Randomisering, allokeringsdöljande och blindning Deltagarna kommer att slumpmässigt tilldelas interventionsgrupperna genom en randomiseringsprocess som utförs av en statistiker som inte kommer att vara involverad i deltagarrekryteringen. Deltagarna kommer att vara blindade. De forskningsassistenter som är involverade i deltagarrekryteringen och IPC-experterna som bedömer kvaliteten på handhygienen kommer att vara blindade för gruppindelningen. Forskningsassistenterna och studentassistenterna som är involverade i videoinspelning av handhygien på studielokalen kommer inte att vara blindade eftersom de kommer att ge instruktioner till deltagarna.

Etiska överväganden

Det förväntas att utbildningsprogrammet inte kommer att innebära någon fysisk eller psykologisk skada för deltagarna. Det finns en mycket låg risk för hudallegri mot fluorescerande pulver. Om en deltagare visar tecken på hudallegri kommer hon eller han omedelbart att avbryta försöket. Kontaktuppgifterna till antingen den etiska eller forskningsansvariga personalen är tydligt skrivna i informationsbladet.

Förklaring av studien kommer att ges till deltagare som är intresserade av att delta i studien. Deltagarna kommer också att få möjlighet att ställa frågor till vår projektpersonal. Dessutom kommer informationsbladet, inklusive syftet med studien, datakonfidentialitet och deltagarnas rättigheter, att tillhandahållas till deltagarna. Kontaktuppgifterna till antingen den etiska eller forskningsansvariga personalen är tydligt skrivna i informationsbladet. Om de går med på att delta i studien måste de underteckna samtyckesformuläret. Deras deltagande är frivilligt; de har rätt att dra sig ur studien när som helst om de vill utan konsekvenser.

All insamlad data kommer att förvaras konfidentiellt, och endast forskningspersonalen kommer att ha tillgång till och hantera data. Ingen personlig information om deltagarna kommer att samlas in förutom student-ID-numret. För den kvalitativa komponenten kommer deltagarna också att ombes att ge samtycke till att delta i intervjuer. Alla intervjudata kommer att anonymiseras och hanteras konfidentiellt.

Konfidentialitet och säkerhet

Datainsamling kommer att vara anonym, endast analyserad för angivna syften och baserad på samtycke eller annan legitim grund som fastställs i lag. Ingen personlig information kommer att kopplas till bild-/videodata. All bild-/videodata kommer att raderas ett år efter att projektet är slutfört. Projektet kommer inte att involvera några aktiviteter eller resultat som väcker säkerhetsfrågor.

Referenser

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.