計算機(jī)自適應(yīng)認(rèn)知障礙篩查系統(tǒng)的構(gòu)建

謝海群 王玉凱 黃淑云 林碧清 張薇平 黃嘉星 黃秋蘭 胡才有 陳露詩 田秋姣 盧健聰 楊建榮 章成國 呂澤平※

※為通訊作者

計算機(jī)自適應(yīng)認(rèn)知障礙篩查系統(tǒng)的構(gòu)建

謝海群1※王玉凱1黃淑云1林碧清1張薇平1黃嘉星1黃秋蘭1胡才有3陳露詩1田秋姣2盧健聰1楊建榮3章成國1※呂澤平2※

目的 構(gòu)建應(yīng)用于社區(qū)的計算機(jī)自適應(yīng)認(rèn)知功能障礙篩查系統(tǒng)(Computerized Adaptive Testing for Cognition，CAT-Cog)，搭建社區(qū)老人認(rèn)知功能信息管理平臺。方法 利用目前現(xiàn)行的認(rèn)知障礙篩查量表(MMSE，MoCA，畫鐘測驗)和基于項目反應(yīng)理論的計算機(jī)化自適應(yīng)測試技術(shù)，構(gòu)建人機(jī)交互、自適應(yīng)的認(rèn)知功障礙篩查系統(tǒng)。對CAT-Cog系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部一致性、重測信度檢驗、效度分析。結(jié)果 顯示CAT-Cog信效度達(dá)85%以上，其中Cronbach’sα為0.956，4周后重測信度Pearson相關(guān)系數(shù)為0.853。CAT-Cog系統(tǒng)與傳統(tǒng)紙筆原測試(MMSE，MoCA，畫鐘測驗)的相關(guān)系數(shù)為0.792～0.876。CAT-Cog鑒別認(rèn)知正常者與AD患者的敏感度為89.7%，特異度為88.0%。鑒別認(rèn)知正常者和輕度認(rèn)知障礙者的敏感度為88.9%，特異度為79.0%。將CAT-Cog系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)信息平臺結(jié)合，構(gòu)建了社區(qū)老人認(rèn)知功能信息管理平臺。結(jié)論 CAT-Cog系統(tǒng)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)信息管理平臺，可更高效、個體化、信息化篩查認(rèn)知障礙和實現(xiàn)疾病管理，適用于社區(qū)和各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)普及和推廣。

認(rèn)知障礙 計算機(jī) 社區(qū) 自適應(yīng) 癡呆

認(rèn)知障礙導(dǎo)致的癡呆已成為我國不可忽視的嚴(yán)重公共衛(wèi)生問題。早期篩查和干預(yù)是延緩疾病發(fā)生和發(fā)展的重要途徑[1]。目前，廣泛應(yīng)用的神經(jīng)心理測試是篩查認(rèn)知障礙經(jīng)濟(jì)和有效的方法，傳統(tǒng)的手冊式測驗方法效率低、復(fù)雜耗時、專業(yè)化依賴程度高，嚴(yán)重阻礙了早期識別老年癡呆和信息化管理。近年來隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,計算機(jī)化測試己成為認(rèn)知科學(xué)研究的一個熱點(diǎn),它操作方便、節(jié)約成本和資源,但一般的計算機(jī)化測試大多是傳統(tǒng)考試的無紙化形式,在準(zhǔn)確、合理地評價被試能力方面存在不足,無法實現(xiàn)“因人施測”。而以現(xiàn)代測量理論-項目反應(yīng)理論為指導(dǎo)的計算機(jī)自適應(yīng)測試可以“量體裁衣、即時答題、即時評判、不斷求精”，依據(jù)計算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)運(yùn)算模式，根據(jù)個人的答題情況和個人能力，自動選擇題目和評分,最終獲得對受試者潛在特質(zhì)或能力的準(zhǔn)確估計[2]。與傳統(tǒng)方式相比，自適應(yīng)測試時間更短、測量精度更高、實施靈活并具有針對性。目前一些國外大型的考試如TOFEL，GRE，GMAT和抑郁等神經(jīng)心理測試等[3,4]，都相繼采用了這種測試方式。但國內(nèi)外目前尚無認(rèn)知障礙計算機(jī)自適應(yīng)測試的相關(guān)報道。

因此，本研究借鑒目前國內(nèi)外有關(guān)計算機(jī)化認(rèn)知功能評估的方法，應(yīng)用現(xiàn)代項目反應(yīng)理論和自適應(yīng)性計算機(jī)化測試技術(shù)，開發(fā)計算機(jī)化的自適應(yīng)認(rèn)知功能評估系統(tǒng)，探索適合中國社區(qū)老年人認(rèn)知障礙早期篩查的新途徑。

1.資料與方法

1.1 研究對象 ① 系統(tǒng)構(gòu)建人群：納入2016年至2017年在佛山市祖廟社區(qū)參與本研究的60歲以上的老年人1200例，所有受試者均為常住居民，或在居住1年以上暫住居民。采集數(shù)據(jù)用于構(gòu)建計算機(jī)自適應(yīng)認(rèn)知功能障礙篩查系統(tǒng)。② 驗證人群：完成系統(tǒng)構(gòu)建后，為進(jìn)行該系統(tǒng)的區(qū)分效度分析，選取正常老年人、輕度認(rèn)知障礙和阿爾茨海默病各100例，受試者均來源于上述社區(qū)和佛山市第一人民醫(yī)院記憶門診。阿爾茨海默病依據(jù)美國精神疾病診斷及統(tǒng)計手冊第四版(DSM-IV-R)的癡呆標(biāo)準(zhǔn)和美國國立神經(jīng)病學(xué)、語言障礙和卒中-老年性癡呆和相關(guān)疾病學(xué)會工作組(NINCDS-ADRDA)制定的很可能阿爾茨海默病的診斷標(biāo)準(zhǔn)。輕度認(rèn)知障礙診斷依據(jù)2004年修訂的Peterson診斷標(biāo)準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 心、腦、肝腎等嚴(yán)重臟器疾病；② 其他嚴(yán)重精神障礙；③ 嚴(yán)重聽、語言和視力障礙，無法完成調(diào)查問卷和神經(jīng)心理評估者。

1.2 資料采集 (1)調(diào)查問卷:由專業(yè)研究人員進(jìn)行問卷調(diào)查，調(diào)查前統(tǒng)一培訓(xùn)，采取統(tǒng)一問卷、統(tǒng)一測試和評判標(biāo)準(zhǔn)，對受試者實施面對面口頭詢問調(diào)查，采集資料包括：① 人口與社會學(xué)特征：性別、年齡、文化程度、職業(yè)等；② AD8和認(rèn)知功能變化自評表；③ 疾病史和和生活方式，包括心血管史、神經(jīng)系統(tǒng)疾病史、其他心腦血管危險因素和腦外傷等。(2)神經(jīng)心理測試：對全部受試者進(jìn)行成套神經(jīng)心理量表檢查，包括MMSE，MoCA，ADL，Stroop測驗、聽詞語學(xué)習(xí)(AVLT)測試、符合數(shù)字轉(zhuǎn)換測驗(SDMT)波士頓命名測試及老年抑郁量表測試等。

1.3 計算機(jī)自適應(yīng)認(rèn)知障礙篩查系統(tǒng)的構(gòu)建

1.3.1 CAT-cog模型的建立：首先根據(jù)MMSE，MoCA，畫鐘測驗量表構(gòu)建項目庫，根據(jù)項目反應(yīng)理論(item response theory,IRT)，采用RumM2020軟件進(jìn)行Rasch分析，對項目庫中各個項目進(jìn)行難度分析篩選和整合，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)構(gòu)建CAT-cog模型。受試者進(jìn)行測試時，計算機(jī)根據(jù)受試者的作答反應(yīng)自適應(yīng)選擇測試項目，實現(xiàn)即時、準(zhǔn)確、快捷判斷受試者的認(rèn)知功能。測試結(jié)束時，計算機(jī)直接給出認(rèn)知障礙評估結(jié)果。

1.3.2 比較常用認(rèn)知篩查量表和CAT-cog的應(yīng)用價值：評價和比較傳統(tǒng)認(rèn)知篩查量表(MMSE，MoCA和畫鐘測驗)和CAT-cog的信效度和測試效率。根據(jù)驗證人群的認(rèn)知障礙診斷情況，評價CAT-cog對正常、輕度認(rèn)知障礙和阿爾茨海默病的區(qū)分效度。

1.4 搭建社區(qū)老人認(rèn)知功能信息管理平臺 將CAT-Cog系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)信息平臺結(jié)合，搭建社區(qū)老人認(rèn)知和平衡功能信息管理平臺。管理平臺利用壓力測試軟件、客戶端和服務(wù)器等，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在線實時監(jiān)測和采集客戶端數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫容量達(dá)到允許10萬人同時在線，每位用戶能夠存儲數(shù)據(jù)記錄50次以上。使社區(qū)用戶通過單機(jī)瀏覽網(wǎng)頁、移動終端等方式，進(jìn)行在線認(rèn)知障礙篩查、認(rèn)知障礙功能分級和疾病干預(yù)評估等。

2.結(jié)果

2.1 計算機(jī)自適應(yīng)認(rèn)知障礙篩查系統(tǒng)的構(gòu)建 應(yīng)用RUMM2020軟件，經(jīng)Rasch分析，計算MMSE，MoCA和畫鐘測驗各測驗單項的難度值，經(jīng)分析篩選和整合，調(diào)整應(yīng)答分?jǐn)?shù)，排除受年齡、性別和文化水平顯著影響的測試項目，最終納入篩查系統(tǒng)測試題庫的二分類(對或錯)測試項目共26項，其中來自MMS的有11項，包括時間定向力、地點(diǎn)定向力、語言即刻記憶、注意力和計算力、短時記憶力、物體命名、語言復(fù)述、三步命令測試、閱讀理解、語言表達(dá)、交叉五邊形復(fù)制；來自MoCA的有8項，包括命名、注意力、語言、抽象、延遲回憶、視知覺圖片、零錢計算、命名水果；畫鐘測驗包括7項。

計算機(jī)自適應(yīng)測試系統(tǒng)的施測過程，分為探查階段和精確估計真正能力值階段。在測試開始時,受試者真實水平尚未明確,因此，先施測MMSE即刻記憶和短時記憶、畫鐘測驗，完成后初步估計其能力水平。在能力精確估計階段，CAT-cog工作流程包括以下幾個步驟：①根據(jù)受試者當(dāng)前的能力水平，采用最大信息法選擇題目，系統(tǒng)自動從題庫中選擇最合適的測試項目，②受試者根據(jù)自身能力水平對題目應(yīng)答，③系統(tǒng)根據(jù)受試的答題情況對其能力水平進(jìn)行估計。重復(fù)步驟一到步驟三，直到滿足本研究中設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)誤SE<0.3或最大信息量>，測試結(jié)束。

2.2 計算機(jī)自適應(yīng)認(rèn)知障礙篩查系統(tǒng)的信效度和效率

2.2.1 信度分析：對CAT-Cog系統(tǒng)進(jìn)行了內(nèi)部一致性、重測信度檢驗，研究其信效度。結(jié)果CAT-Cog的Cronbach’s α為0.956。1個月后隨機(jī)抽樣100人進(jìn)行重測，重測信度Pearson相關(guān)系數(shù)為0.853。

2.2.2 效度分析：①效標(biāo)效度：將CAT-Cog系統(tǒng)測試的能力值與原測試(MMSE，MoCA，畫鐘測驗)的各量表總分進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果顯示原各測試量表與系統(tǒng)測試結(jié)果顯著相關(guān)，MMSE相關(guān)系數(shù)為0.852(P<0.01)，MoCA為0.876(P<0.01)，畫鐘測驗為0.0792(P<0.01)。②區(qū)分效度：CAT-Cog鑒別認(rèn)知正常者與AD患者的AUC=0.92，敏感度為89.7%，特異度為88.0%。認(rèn)知正常者和輕度認(rèn)知障礙者AUC=0.89，敏感度為88.9%，特異度為79.0%。

2.2.3 CAT-Cog與原傳統(tǒng)紙筆測試的效率比較：CAT-Cog系統(tǒng)與傳統(tǒng)紙筆原測試(MMSE，MoCA，畫鐘測驗)的相關(guān)系數(shù)為0.792～0.876。CAT-Cog與原測試比較，平均使用題目數(shù)為6.58，測試題數(shù)減少35.6%，時間效率節(jié)省了27.25%。

2.3 搭建社區(qū)老人認(rèn)知功能信息管理平臺 CAT-Cog系統(tǒng)與廣西江濱醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)信息平臺相結(jié)合，建立社區(qū)老年人認(rèn)知及平衡功能評估和管理系統(tǒng)。該平臺集合問卷測試、教程、認(rèn)知及平衡功能評估、 跌倒風(fēng)險預(yù)測、 分級干預(yù)及訓(xùn)練、教與練為一體，適合社區(qū)老年人及家屬自評自練，老人登錄平臺后根據(jù)問答提示及教程可自行完成認(rèn)知功能和平衡功能的初步評估，通過系統(tǒng)的認(rèn)知診斷，可初步對老年人的認(rèn)知功能狀況和平衡功能風(fēng)險進(jìn)行評估，并針對其功能的水平和風(fēng)險程度制定個性化的診斷和處方。

3.討論

認(rèn)知障礙篩查防治老年癡呆，減輕癡呆導(dǎo)致的失能和照料負(fù)擔(dān)沉重的關(guān)鍵問題。本研究針對嚴(yán)重影響老年人健康和生活質(zhì)量、致殘率居高不下的認(rèn)知功能障礙，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代自適應(yīng)性評測技術(shù)，構(gòu)建應(yīng)用于社區(qū)的計算機(jī)自適應(yīng)認(rèn)知功能障礙篩查系統(tǒng)，搭建社區(qū)老人認(rèn)知功能信息管理平臺。研發(fā)的系統(tǒng)和信息管理平臺可更高效、標(biāo)準(zhǔn)化、精準(zhǔn)化、信息化篩查認(rèn)知障礙和管理疾病，適用于社區(qū)和各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)普及和推廣。

針對認(rèn)知功能退化導(dǎo)致的癡呆問題，目前能準(zhǔn)確早期篩查和識別的方法主要為結(jié)構(gòu)或功能性磁共振影像檢測、載脂蛋白E基因分型，F(xiàn)DG-PET，PIB-B和SPECT等，由于這些方法價格高昂、檢測方法復(fù)雜或尚未成熟等，目前在國外廣泛應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)和有效的方法仍為認(rèn)知功能評估方法[5]。主要是評估總體認(rèn)知功能和認(rèn)知功能的各個領(lǐng)域如記憶、執(zhí)行和視空間能力等。常用的總體認(rèn)知篩查量表和自評量表包括簡易精神狀態(tài)量表(MMSE)[6]、蒙特利爾認(rèn)知功能評估量表(MoCA)[7]、記憶障礙自評量表(AD8)、老年人認(rèn)知功能知情者問卷(IQCODE)和社區(qū)癡呆篩查知情人問卷(CSID)等。

然而，目前這些手段均通過紙筆測試的方式實施篩查，依賴受專業(yè)培訓(xùn)的神經(jīng)心理評估師完成，數(shù)據(jù)和測試報告等均需手工錄入，結(jié)果的解釋和判定依據(jù)常模，因此，傳統(tǒng)的手冊式測驗方法效率低，復(fù)雜耗時、技術(shù)上和/或常模上過時導(dǎo)致認(rèn)知障礙篩查無法在社區(qū)機(jī)構(gòu)和基層衛(wèi)生機(jī)構(gòu)普及和推廣，嚴(yán)重阻礙了早期識別老年癡呆和信息化管理。本研究通過對當(dāng)前通用的認(rèn)知功能評估量表整合、優(yōu)化，應(yīng)用現(xiàn)代項目反應(yīng)力量和自適應(yīng)測試技術(shù)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和計算機(jī)技術(shù)，構(gòu)建了計算機(jī)自適應(yīng)認(rèn)知障礙篩查系統(tǒng)。驗證分析顯示，CAT-Cog信效度>85%，與傳統(tǒng)紙筆原測試(MMSE，MoCA，畫鐘測驗)的相關(guān)度>75%，篩查癡呆的敏感性和特異性>85%。因此，CAT-Cog克服了上述傳統(tǒng)認(rèn)知障礙篩查方式的缺陷，實現(xiàn)了認(rèn)知障礙篩查的社區(qū)普及化，篩查手段的智能化、個體化和精準(zhǔn)化，以及認(rèn)知障礙的管理的信息化，對于認(rèn)知障礙的早期篩查、早期干預(yù)具有重要的意義。

1 WHO.Dementia:a public health priority[EB/OL].http://www.who.int/mental_health/publications/dementia_report_2012/en/.

2 Gibbons RD, Weiss DJ,Kupfer DJ, et al.Using computerized adaptive testing to reduce the burden of mental health assessment[J].Psychiatr Serv,2008,59(4):361-368.

3 Gibbons RD,Weiss DJ, Pilkonis PA, et al.Development of a computerized adaptive test for depression[J].Arch Gen Psychiatry,2012,69(11):1104-1112.

4 Eisen SV, Schultz MR, Ni P, et al.Development and Validation of a Computerized-Adaptive Test for PTSD (P-CAT)[J].Psychiatr Serv,2016,67(10):1116-1123.

5 Nordberg A.Dementia in 2014.Towards early diagnosis in Alzheimer disease[J].Nat Rev Neurol,2015,11(2):69-70.

6 Cummings L.Mini-Mental State Examination.Norms, normals, and numbers[J].JAMA,1993,269(18):2420-2421.

7 Nasreddine ZS, Phillips NA, Bedirian V, et al.The Montreal Cognitive Assessment, MoCA: a brief screening tool for mild cognitive impairment[J].J Am Geriatr Soc,2005,53(4):695-699.

Development of a Computerized Adaptive Testing System For Cognitive Impairment Screening

(XIEHaiqun1,WANGYukai1,HUANGShuyun1,LINBiqing1,ZHANGWeiping1,HUANGJiaxing1,HUANGQiulan1,HUCaiyou3,CHENLushi1,TIANQiujiao2,LUJiancong1,YANGJianrong3,ZHANGChengguo1,LYUZeping2.1.Thefirstpeople’sHospitalofFoshan,Guangdong528000;2.NationalResearchCenterforrehabilitationTechnicalAidsforassistiverehabilitationhospital,Beijing100176;3.GuangxiJiangbinhospital,Nannning530021,China.)

Objectives The purpose of this study is to development of a computerized adaptive testing and management system for elderly with cognitive Impairment in community.Methods On the basis of widely used scales (MMSE, MoCA, clock drawing test),computerized adaptive testing technology and item response theory, a computerized adaptive testing system was developed.The internal consistency, test-retest reliability and validity of the CAT-Cog were analyzed.Results The reliability and validity of CAT-Cog were over 85%, Cronbach’s αwas 0.956.After four weeks, test-retest reliability analysis was conducted.Correlation coefficient of Pearson was 0.853.The correlation coefficient between CAT-Cog system and traditional paper based tests (MMSE, MoCA, drawing clock test) is 0.792～0.876.The sensitivity of CAT-Cog for discriminating normal subjects and AD patients was 85.7% and specificity was 88%.The sensitivity for discriminating normal subjects and mild cognitive impairment was 88.9%, and the specificity was 79%.Combining the CAT-Cog system and the on-line network, the cognitive function information management platform for community elderly is constructed.Conclusion CAT-Cog system, combined with on-line information management platform, can be more efficient, individualized, information-based, screening for cognitive impairment and achieving disease management, as well as applying for community and clinical institutes.

cognitive impairment, computerized adaptive testing, community, dementia

1.佛山市第一人民醫(yī)院 528000 2.國家康復(fù)輔具研究中心附屬康復(fù)醫(yī)院 100176 3.廣西江濱醫(yī)院 530021

十二五國家支撐計劃課題(項目編號：2015BAI06B02)；廣東省自然基金(項目編號：S2012010009715)。

10.3969/j.issn.1672-4860.2017.04.007

2017-7-12