在COVID-19大流行期间使用HoloLens2混合现实头显保护医护人员:前瞻性观察性评估

介绍

冠状病毒病(COVID-19)大流行甚至使最发达和资源最充足的卫生系统不堪重负[1]。必须就卫生保健工作者个人防护装备的定量配给，甚至是病人获得护理的机会作出艰难的决定[2]。保护护理工作者的健康和安全是保持向个别患者提供护理的质量和卫生系统大规模提供护理的能力的关键优先事项[3.]。在意大利，高达20%的医护人员感染了这种病毒[4]，在英国，超过15%的阳性检测是在关键的卫生保健工作者身上[5]，超过100人死亡[6——这是全球都能看到的景象。这方面的一个关键方面是，由于需求过剩和滥用，全球个人防护装备供应严重中断和短缺[7]。因此，迫切需要优化个人防护装备使用并保护卫生保健工作者和患者免受COVID-19传播的新方法[8]。

数字创新被认为是应对COVID-19给工作人员安全带来的挑战的关键[9]。大流行病迅速加速了远程医疗服务等新技术的部署[10]。远程医疗提供了一种有效提供护理和利用多名远程专家的机会，同时保护工作人员和患者免受病毒感染的手段[11，12]。混合现实(MR)技术提供了一种身临其境的体验，在这种体验中，环境中的真实元素和虚拟元素动态共存;它是远程医疗创新的最新迭代和扩展，有可能通过提供增强的功能和新颖的内容来彻底改变临床护理和教育。

HoloLens2是一款不受束缚的可穿戴全息计算机，可以通过视频、语音和MR复合材料与多个远程用户进行双向通信。该技术先前已用于各种临床和教育场景，包括围手术期计划，手术培训，解剖教学和3D远程医疗支持[13-17]。该技术提供了增加用户沉浸感和参与度的潜力，补充了态势感知和实时获取知识的能力，并提高了性能。它允许用户在真实环境中交互和操作空间注册的3D全息内容，并与多个设备和用户远程链接，以允许在可视化环境中同时进行协作交互和工作。核磁共振技术尚处于起步阶段，但它是向提供数字支持的临床护理和教育迈出的合乎逻辑的下一步。

HoloLens2设备以前还没有用于在高风险环境中提供病房二级护理。因此，在应对COVID-19大流行期间，这项以技术为主导的试点部署并评估了HoloLens2，以便在英国教学医院的一系列住院环境中提供远程护理。目的是评估在大流行期间部署核磁共振远程医疗技术以改善工作人员安全的实用性和影响。

方法

行为

该项目的目的是评估引入由HoloLens2支持的远程分布式护理模型的实用性和临床影响。所有技术都位于一个多域系统内，包括其用户和环境;它不能孤立地开发、部署或评估[18]。因此，在理解快速实施数字技术和护理模型的实用性和影响时，除了技术决策外，还必须考虑工作流程考虑因素和人为因素。

对HoloLens2作为技术主导的质量改进(QI)项目进行前瞻性、观察性、嵌套队列评估。该设备在三个不同的临床集群中进行了部署和评估:COVID-19普通病房，提供持续气道正压支持的COVID-19专科病房，最后是为COVID-19肾病患者提供护理的专科病房。收集了与工作人员暴露于COVID-19高风险环境和个人防护装备使用有关的高级汇总结果数据。可行性和可接受性评估是通过李克特和自由文本回复的用户体验问卷进行的。项目开工前已取得当地机构注册审批，并就数据治理和感染防控程序达成一致。由于该项目是在机构QI团队的监督下作为技术主导的QI项目进行的，因此无需额外的伦理批准。向所有与会者提供了解释性资料。所有数据在Microsoft Excel (V15.22, Microsoft Corporation)和IBM SPSS (V26, IBM Corporation)中进行整理、结构化和分析。在统计分析方面，采用标准描述性统计和双尾Student’st采用检验比较差异，显著性设为P< . 05。

工作流

在部署HoloLens2之前，这三个地区的标准临床做法是通过由3-8名临床工作人员面对面查房的方式提供临床护理。这要求所有人穿戴适当的个人防护装备，并在高风险环境中提供护理。在这个项目中，临床团队接受了HoloLens2设备基本功能的标准化培训。团队没有得到关于如何改变其临床实践或护理模式的具体指示，并且可以自由地以最适合当地临床环境的方式使用该技术，以支持向远程分布式护理模式的过渡。

一般来说，在部署后，一名高级工作人员将进入COVID-19环境进行查房，团队的其余人员几乎从受COVID-19保护的非临床远程地点加入。然后，通过设备的双向视听功能，特别是通过提供给远程团队成员的第一人称床边视图，团队的所有成员在临床评估和决策中发挥了积极作用。此外，相关成像和电子健康记录(EHR)数据直接放置在设备用户的视野中，目的是提高态势感知，为更好的临床决策提供信息，并通过最大限度地减少在高风险地区与设备和技术进行物理交互的需要，进一步降低病毒传播的风险。与此同时，远程小组的成员将在电子病历中记录就诊情况，并实时进行电子订购和开处方。设备的使用和功能见图1．

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HoloLens2

HoloLens2由微软公司(Redmond, WA, USA)生产和销售，是一款无系绳混合现实耳机，结合了几种类型的传感器、红外飞行时间深度测量、高清摄像头、加速度计和麦克风。它提供了一个真正的平视显示功能，能够将交互式2D和3D对象(如医学成像或电子病历数据)放置在用户的视野内。同时，它通过远程辅助应用程序与多个远程用户通过视频和语音提供实时双向通信，从而实现床边的免提多学科远程医疗。Microsoft Dynamic 365 Remote Assist利用Microsoft teams的架构(一个集聊天、视频会议、文件存储和应用程序集成于一体的统一通信和协作平台)，该架构部署在英国的国家医疗服务体系(NHS)中，以帮助提供商应对COVID-19大流行[19]。部署现有的使用良好且灵活的平台可能是有益的，因为它们的技术和安全考虑因素已经被理解。

资讯保安及管治

在利用新的数字技术时，确保适当的信息安全和治理至关重要，特别是当敏感的患者数据可能以电子方式共享时。在联合王国，国家卫生局和其他相关机构最近更新了其关于大流行期间使用数字技术和共享数据的准则，认识到需要采取务实的、基于风险的方法，有效应对大流行将需要新的工作流程[20.]。为了部署HoloLens2和Remote Assist，我们将设备连接到安全的医院Wi-Fi网络;设备被媒体访问控制地址(MAC地址)列入白名单，并通过WPA2预共享密钥认证进行保护。我们利用移动设备管理来实现跨所有设备的自动化部署、供应、策略管理、应用程序交付和更新。用户帐户受到强密码和多因素身份验证的保护。获得数据保护、保密和信息共享的机构批准。

感染预防与控制

该项目的目的是保护工作人员免受感染;因此，确保与PPE一起佩戴设备和设备去污的标准化流程至关重要。具体的个人防护装备要求根据每个临床环境、当地风险评估和正在进行的临床任务而有所不同。然而，所有进入高风险环境的成员都必须佩戴4-5件不同的个人防护用品，包括长袍或围裙、手套、帽子、口罩或呼吸器以及护眼设备。开发了一种实用的、基于风险的佩戴和消毒HoloLens2设备的方法，采用了一种标准方法，将该设备与不同的个人防护用品一起使用，包括使用手术帽来保护设备，以及为高风险区域定制的全面遮阳板，该遮阳板剪掉一条，以确保耳机上的传感器和摄像头不受阻碍，同时确保对工作人员的充分保护。清洁过程与全面塑料遮阳帽等可重复使用的个人防护用品的消毒过程一致。在项目开始之前，我们与感染预防和控制团队合作开发了安全的穿戴和净化设备的方法。有关穿/脱衣服及除污程序的例子载于多媒体附录1．

结果

在三个临床集群中，总共包括52个住院床位，在项目期间总共评估了51天的临床护理。临床工作人员共28人(n=16，男性57.1%;n=18, 64.3% <35岁)完成了可接受性和可行性评估，其中20人(71.4%)在项目前没有使用HoloLens2的经验;23名(82.1%)参与者在疫情前从未使用过视频通话或远程医疗软件。

部署HoloLens2后，临床工作人员在提供临床护理时暴露于高风险COVID-19环境的平均总时间(小时/天/工作人员)显著减少(3.32小时vs 1.63小时)。t= 3.21,P=.002)，如图2A.每个小组的总暴露减少时间从每天7.15小时到15.45小时不等。这意味着在评估的三个临床领域，每周减少了222.98小时的工作人员接触COVID-19感染，相当于减少了51.5%。通过将每轮的工作人员人数减少2-6人，并大大缩短每轮的持续时间，总体上减少了暴露于风险的程度。此外，由于允许在回合结束后并行完成以前的行政任务，因此提高了总效率，减少了回合后的工作量:

不必等待其他人在患者之间更换个人防护装备，也不必在离开隔间/侧室时重复计划，从而节省了时间。当查房完成时，已经要求提供文件和大多数扫描/检查。
[肾脏医学顾问]

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HoloLens2的部署还导致在高风险的COVID-19环境中提供临床护理时，个人防护用品的平均使用数量(件/轮/天)大幅减少(178件对30件)，t= 3.88,P=.02)，如图2B.每个小组每天使用的个人防护装备减少总数从100件到204件不等。这意味着在评估的三个临床领域每周总共节省约3100件个人防护装备，相当于减少83.1%。重要的是，89.3%(25/28)的临床工作人员认为他们的团队在使用HoloLens2来照顾COVID-19阳性患者时更安全。没有工作人员报告在使用该设备时存在任何安全问题，所有受访者都很乐意再次使用该设备。

最重要的是它能保护我们不被感染…
(初级医生)

在设备功能方面，所有受访者都使用双向视听通信，23人(82.1%)使用EHR数据磁共振复合材料，21人(75.0%)使用成像磁共振复合材料，16人(57.1%)使用交互式磁共振工具，如3D对象注释。总体而言，21名(75.0%)用户认为该设备易于设置，20名(71.4%)用户认为佩戴舒适。

老实说，我忘了我大部分时间都戴着它。
[全科医学顾问]

总共有22名(78.6%)员工认为HoloLens2能使一轮工作更快，21名(75.0%)员工认为一轮工作更有效率;22名(78.6%)的患者在使用该设备时有更好的护理体验，19名(67.9%)的患者感觉更参与了轮次和临床决策。大多数人同意该设备提高了患者护理质量(n=19, 67.9%)，并使工作人员能够做出更好的临床决策(n=17, 60.7%)。只有一名受访者(3.6%)报告说它降低了护理质量，2名参与者(7.2%)认为它无助于更好的决策。大多数人认为HoloLens2提高了临床团队内部的沟通质量(n=20, 71.4%)，团队合作(n=23, 82.1%)，以及工作人员在审查患者时的临床态势感知(n=19, 67.9%)。

你可以看到一个清晰的画面，所以我们可以完全看到所有的标志，这可能是在一个拥挤的病房周围，当你被困在后面的某个地方。
(初级医生)

总体而言，21名(75.0%)受访者可以看到使用该技术的明显好处，15名(53.6%)受访者同意应该在所有查房中使用该技术。

讨论

主要研究结果

这一以技术为主导的试点项目表明，在大流行应对期间，可穿戴磁共振设备可能在保护工作人员和减少个人防护装备使用方面发挥作用。HoloLens2的使用使个人防护装备的使用减少了83.1%，临床工作人员在高风险地区的时间减少了51.5%。近90%的员工认为，在使用HoloLens2护理covid -19阳性患者时，他们的临床团队更安全。这些反馈表明，安全和个人防护用品使用方面的这些实质性改进不会影响所提供护理的质量和一致性，甚至可能会加强因COVID-19导致的实践限制和变化而受到阻碍的多专业护理方面。在分布式团队中提供第一人称、免提音频和视频通信，以及通过核磁共振复合材料引入相关健康数据的能力，是远程医疗的一项重要发展，在COVID-19的即时应对之外，有可能具有更广泛的适用性。

限制

该项目表明，通过更广泛地推广基于核磁共振的技术，可以获得实质性的好处;然而，这个试点项目并非没有其局限性。该技术已部署在数字化成熟的组织和跨临床领域，由积极和感兴趣的员工领导。因此，存在早期采用者偏见的风险，部署时间表不是普遍可实现的，并且这种热情可能影响报告的结果，并高估其可用性和实用性。除此之外，在单个组织中以非盲法、随机或控制的方式进行部署可能会导致引入进一步的偏见，并对研究结果的更广泛适用性产生影响。除了这项实用的试点研究方法的局限性之外，还强调了该技术的一些问题。这些问题包括有限的电池寿命，远程参与者是否能充分听到没有佩戴设备的人(如病人)的声音，以及与网络速度和容量相关的稳定性和连接问题。一些用户提出的一个关键问题是，通过提供分布式护理，团队成员没有直接花时间与患者在一起，这反过来可能会对未来的互动和医患关系的整体质量产生负面影响。尽管存在这些合理的担忧，但患者自己也认识到这项技术带来的好处:

他们不仅救了我，我也没有把任何东西传给他们或他们的朋友。
(病人)

为了充分实现这项技术的潜在好处，开展进一步的工作以更好地了解其对护理提供、工作人员安全和患者预后的各个方面的影响至关重要。COVID-19导致远程医疗和其他数字技术的使用迅速扩大，但可以理解的是，其中大部分都是按期完成的，没有强有力的评估或评估战略，而且往往没有证据表明其安全性、有效性和成本效益[21，22]。有必要要求建立有效治理的标准化进程，并制定强有力和透明的评估战略，涵盖该技术的所有方面以及它如何影响使用该技术的患者、医院和工作人员。此外，还需要进一步开发现成的解决方案，以便更好地满足住院护理的具体情况;例如，生产特定设备的防护面罩或开发以临床为重点的软件，以便更方便用户地混合健康数据MR复合材料。目前对通用软件的临时使用，虽然满足了总体目标，但限制了未来的应用和潜在的影响。

与前期工作比较

已确定使用电子或智能个人防护装备有可能保护工作人员和节约资源，同时提供快速获得紧急护理的机会[11]。然而，这些主要集中在移动或桌面解决方案上，而不是真正的可穿戴设备，而且往往涉及临时技术修复。使用免提磁共振技术可以客观地改善团队所有成员的沟通和态势感知。启用远程核磁共振支持的临床评估可以提高团队成员识别和应对患者病情变化的能力，而不是更基本的语音或视频技术所提供的[23]。提供第一人称、实时的音频和视觉信息，使团队成员能够“感受”他们正在咨询的病人，尽管有物理距离。这对于团队中资历较浅的成员来说尤其明显，他们以前可能在会诊期间没有直接在床边。除了提供同等(如果不是提高的话)的护理质量外，避免大多数临床医生在病房实际存在也大大减少了个人防护装备的使用。这是使个人防护装备使用合理化的关键，并可能减轻大流行期间全球出现的严重供应链中断和设备短缺[24]。除了减少临床医生暴露于伤害的时间和个人防护装备的使用量外，这些设备还通过消除在临床环境中物理处理设备(如计算机)的需要，进一步将疾病传播的风险降至最低。即使采取适当的手部卫生和个人防护装备，便携式医疗设备仍有可能受到污染[25]，因此减少身体接触是降低风险的关键。最后，据估计，高达7%的卫生保健工作者可能患有无症状的COVID-19感染[26]，住院患者中约20%的COVID-19感染被认为是院内感染[27];因此，使用技术减少接触也可起到保护患者和工作人员免受疾病传播的作用。

当着手这样的快速响应项目时，选择一种相对成熟的现成技术，并且只寻求进行微小的修改是很重要的。这确保了有背景技术知识和意识，以帮助加快部署和帮助排除故障。此外，通过选择或修改现有技术，应该已经在一定程度上探索和理解了与数据安全和隐私有关的问题。当数据治理法规本身可能因危机而迅速变化时，遵守这些法规需要敏捷性[20.]。然而，一旦初步响应完成并开始向成熟的嵌入式技术平台过渡，就必须进行深入的治理和安全评估，以确保完全符合法规和立法，并保持用户和患者的信任。选择成熟的技术也意味着可能有一些现有的证据证明其有效性和安全性，尽管新的数字技术通常不是这样[28]。必须确保部署是特定于上下文的，因为没有两个临床领域拥有相同的工作流、结构和团队实践。最终的部署策略和与当前工作流程的一致性需要灵活，并由临床最终用户驱动。还必须制定明确的评估计划，以确保迅速而有力地了解和传播有效性、安全性和影响。这将确保时间和资源不会浪费在失败的技术上，潜在的利益和成功将在当地和更广泛的范围内迅速传播。与对有力证据的要求相关的是，需要检查患者报告的结果和影响措施。至关重要的是，要确保患者认为他们的护理质量和体验至少是保持不变的，如果没有随着新技术的部署而得到改善，这是一个在本试点研究中没有详细探讨的领域。

医院个人设备的污染率可超过30%，增加了病原体传播的风险[29]。HoloLens2像任何头戴式技术一样，是可重复使用的，而且污染的风险很高。因此，在高风险地区部署时，特别是在空气传播疾病最令人担忧的情况下，需要制定和执行有效的清洁和去污方案。必须在当地制定明确和易于遵循的穿戴和脱下设备的协议;应提供有效的培训，以确保员工在使用设备时尽量减少设备污染的风险，而不会使自己处于自我污染和潜在感染的风险[30.，31]。重要的是，在制定和实施这些程序时，应包括所有最终用户和感染控制领域的专家，以确保它们以证据为基础，并切实平衡风险与易于实施和使用之间的关系，以确保最佳的遵守和影响[32]。

结论

这项试点嵌套队列研究表明，HoloLens2等新技术在为COVID-19患者提供护理、最大限度地减少工作人员和患者暴露于医院感染风险、优化个人防护装备的使用以及加强护理方面可发挥潜在的重要作用。这项技术使不同的临床医生群体能够更有效和高效地开展合作，改善了信息和知识的转移和传播，并允许在减少个人防护装备需求的情况下更安全地提供护理。在高风险的临床领域使用HoloLens2的初步经验是有希望的。现在需要的是进一步的发展，在日常实践中巩固技术，以及定制工具和应用程序的发展，以增强其能力。这些发展必须与在一系列环境中证明其安全性和有效性的有力客观证据相结合，以确保充分实现其对工作人员、患者和医院的影响。