呂亮亮,張肖南,趙婭蓉,郭晉瑜,許斐,申佳妮,郁磊,李陽(yáng)
畫鐘測(cè)驗(yàn)是廣泛應(yīng)用于臨床的認(rèn)知篩查方式,具有測(cè)評(píng)時(shí)間短,易評(píng)分,患者易接受,不受語(yǔ)言、教育水平和文化背景的影響,靈敏度和特異性高,預(yù)測(cè)有效性高等優(yōu)點(diǎn)[1,2]。還能測(cè)試廣泛的認(rèn)知域,包括理解、計(jì)劃、視覺記憶和重建、視空間能力、運(yùn)動(dòng)編程和執(zhí)行、數(shù)字知識(shí)、抽象思維、注意力和挫折耐受力等[1-4]。傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)有自由繪制任務(wù)、時(shí)鐘復(fù)制任務(wù)、時(shí)鐘設(shè)置任務(wù)、時(shí)鐘讀取任務(wù)。
畫鐘測(cè)驗(yàn)最早出現(xiàn)在1915年由Head記錄的臨床案例中。1926 年畫鐘測(cè)驗(yàn)出現(xiàn)在Henry Head 的《Aphasia and Kindred Disorders of Speech》一書中,這是畫鐘測(cè)驗(yàn)第1次出現(xiàn)在文獻(xiàn)中[1]。1938年畫鐘測(cè)驗(yàn)被Lyman[5]第1 次用于患者的縱向認(rèn)知評(píng)估。1953 年英國(guó)神經(jīng)病學(xué)家Critchley[6]在他的著作《The Parietal Lobes》中第1次提到自由畫鐘任務(wù),并記錄了常見的錯(cuò)誤如鏡像錯(cuò)誤、數(shù)字擁擠、元素缺失。1977 年Eddy 和Sriram[7]提出更概念性的方法理解畫鐘測(cè)驗(yàn)和時(shí)間。1972年Kaplan和Goodglass共同撰寫了《The Assessment of Aphasia and Related Disorders》,用于篩查失認(rèn)、失算、左右混淆和結(jié)構(gòu)性失用的空間定量測(cè)驗(yàn),包含時(shí)鐘繪制任務(wù)和時(shí)鐘設(shè)置任務(wù)[1]。在時(shí)鐘繪制任務(wù)中,要求患者繪制一個(gè)鐘面,顯示數(shù)字和2個(gè)指針,設(shè)置時(shí)間為11∶10,鐘表表盤、數(shù)字位置的對(duì)稱性和正確性各得1 分。接著讓患者復(fù)制1 個(gè)已經(jīng)畫好的時(shí)鐘,評(píng)分方法同前。時(shí)鐘設(shè)置任務(wù)要求患者在已經(jīng)給出的4個(gè)鐘面上設(shè)置出1∶00、3∶00、9∶15、7∶30。每個(gè)鐘的得分為0-3 分,每根指針位置正確各得1 分,分針和時(shí)針的長(zhǎng)度比例適當(dāng)?shù)? 分。Kaplan 認(rèn)為將時(shí)間設(shè)置為11∶10分最有效[8]。Kaplan和GoodGlass還從失語(yǔ)癥患者那里收集了3 種測(cè)試的數(shù)據(jù),并建立了第1 個(gè)定量畫鐘測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)[1]。從1915 年到20 世紀(jì)70年代,畫鐘測(cè)驗(yàn)只應(yīng)用于臨床,主要用于測(cè)試視空間障礙和結(jié)構(gòu)性失用。
1986 年Shulman[9]與同事進(jìn)行了畫鐘測(cè)驗(yàn)的第1 次系統(tǒng)驗(yàn)證。他們創(chuàng)建了1 個(gè)評(píng)分指南,結(jié)果發(fā)現(xiàn)40%的畫鐘測(cè)驗(yàn)反映了認(rèn)知障礙,這項(xiàng)研究激起了畫鐘測(cè)驗(yàn)作為癡呆或認(rèn)知障礙篩查的使用,涉及畫鐘測(cè)驗(yàn)的文獻(xiàn)出現(xiàn)了明顯的激增,畫鐘測(cè)驗(yàn)的評(píng)分系統(tǒng)也出現(xiàn)了多達(dá)二十幾種。
1.2.1 傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)在癡呆的篩查和診斷中的研究 2008年P(guān)into[10]綜述41項(xiàng)畫鐘測(cè)驗(yàn)在認(rèn)知障礙的研究,發(fā)現(xiàn)畫鐘測(cè)驗(yàn)對(duì)中、重度癡呆有很好的篩查效能,但使用不同的評(píng)分方法使得畫鐘測(cè)驗(yàn)的敏感性和特異性有很大差異。2009 年Aprahamian等[11]的研究納入121 例阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease,AD)患者和99 例正常人,使用文獻(xiàn)中使用率最高的Mendez、Shulman 和Sunderland 3 種評(píng)分方法評(píng)價(jià)畫鐘測(cè)驗(yàn)對(duì)癡呆診斷的敏感性、特異性,并與簡(jiǎn)易智能精神狀態(tài)檢查量表(mini-mental state examination,MMSE)和劍橋認(rèn)知檢查進(jìn)行對(duì)比研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)3 種畫鐘測(cè)驗(yàn)評(píng)分系統(tǒng),敏感性為74.2%~85.8%,特異性為66.7%~89.9%;Shulman(85.8%)的敏感性最高,Sunderland(89.9%)的特異性最高;3種評(píng)分方法對(duì)AD篩查的準(zhǔn)確性相近;畫鐘測(cè)驗(yàn)與MMSE結(jié)合可顯著提高效能,可等同于劍橋認(rèn)知檢查。Mainland等[12]對(duì)從1983年GoodGlass的方法到2013 年Nybornet 的各種評(píng)分方法的簡(jiǎn)要總結(jié),以及對(duì)相關(guān)比較研究的回顧分析顯示,當(dāng)畫鐘測(cè)驗(yàn)作為初級(jí)、全科醫(yī)學(xué)、社區(qū)環(huán)境中的篩查工具進(jìn)行測(cè)評(píng)時(shí),評(píng)分準(zhǔn)則越簡(jiǎn)單越好。2018 年P(guān)AR[13]對(duì)Shulman、Rouleau、Sunderland、Watson、Manos、Freedman、Wolf-Klein的評(píng)分方法進(jìn)行薈萃分析,結(jié)果顯示Shulman 評(píng)分方法的敏感性和特異性最高,建議將其廣泛用于癡呆診斷。
1.2.2 傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)在輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment,MCI)中的研究 畫鐘測(cè)驗(yàn)廣泛用于癡呆篩查,但對(duì)MCI的敏感性和特異性尚不明確。Powlishta[14]認(rèn)為畫鐘測(cè)驗(yàn)評(píng)可以區(qū)分認(rèn)知正常的老年人和至少患有輕度AD的老年人,但它不適用于檢測(cè)非常輕度癡呆的篩查。2010年Ehreke[15]研究認(rèn)為畫鐘測(cè)驗(yàn)?zāi)壳安灰擞糜贛CI篩查。2011年Ehreke[16]比較不同的畫鐘測(cè)驗(yàn)評(píng)分方法(6種)對(duì)MCI 的作用,結(jié)果顯示任何評(píng)分系統(tǒng)中,沒有一個(gè)分界點(diǎn)的敏感度高于80%,特異度高于60%。因此,Ehreke認(rèn)為目前的畫鐘測(cè)驗(yàn)評(píng)分系統(tǒng)都沒有足夠的實(shí)用性來可靠地篩查MCI,其臨床價(jià)值可以通過使用半定量評(píng)分、更廣的評(píng)分范圍、關(guān)注特定的時(shí)鐘細(xì)節(jié)(如指針和數(shù)字)來提高。Parsey[17]使用Rouleau 等建立的量化評(píng)分系統(tǒng)和基于定性錯(cuò)誤標(biāo)準(zhǔn)的修訂評(píng)分方法來驗(yàn)證畫鐘測(cè)驗(yàn)對(duì)MCI的敏感性。結(jié)果表明,對(duì)鐘表錯(cuò)誤的定性觀察有助于提高畫鐘測(cè)驗(yàn)對(duì)MCI的敏感性,有必要使用更詳細(xì)的評(píng)分系統(tǒng)來區(qū)分MCI 患者和認(rèn)知健康的老年人。2017 年Chen[18]比較6 種常見的畫鐘測(cè)驗(yàn)評(píng)分方法(Mendez、Nasreddine、Freund、Jouk and Tuokko、Borson、Shulman)對(duì)癡呆、MCI、健康老年人的篩查,結(jié)果顯示Freund 對(duì)癡呆的敏感性最高(92.73%),對(duì)MCI的敏感性最高(82.20%),特異性可接受(70.68%),認(rèn)為Freund評(píng)分方法為最好的1種。但是也有人認(rèn)為簡(jiǎn)單的評(píng)分方法更利于MCI 篩查。Rakusa[19]認(rèn)為簡(jiǎn)易的4 分評(píng)分方法(數(shù)字12 位置正確得1 分,數(shù)字3、6、9 位置正確得1 分,分針時(shí)針位置正確各得1分)可作為快速、準(zhǔn)確檢測(cè)MCI、AD和混合性癡呆患者認(rèn)知功能障礙的篩查方法。2018年Kim[20]比較3種評(píng)分方法對(duì)檢測(cè)MCI和輕度癡呆更有用,結(jié)果顯示15分法最為較為合適。畫鐘測(cè)驗(yàn)對(duì)篩查MCI的有效性有待進(jìn)一步研究確定。
傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法基于獲取有限的繪制結(jié)果的靜態(tài)信息,且缺乏統(tǒng)一的評(píng)分方法。2010 年Lahey Clinic 和MIT 與ClockSketch 聯(lián)盟[21]、2017 年Müller[22]分別開發(fā)了畫鐘測(cè)驗(yàn)的數(shù)字版本。數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)?zāi)芴峁?biāo)準(zhǔn)的、操作上有定義的、自動(dòng)的評(píng)分系統(tǒng)。其使用數(shù)字筆和軟件實(shí)時(shí)捕獲患者的繪圖,結(jié)合了傳統(tǒng)的紙和筆管理程序,電子筆具有相當(dāng)高的時(shí)間和空間精確度[23]。數(shù)據(jù)點(diǎn)帶有時(shí)間戳,可以捕獲整個(gè)行為序列(每次筆劃、停頓或猶豫),而不僅僅是最終結(jié)果,還包括信息性的時(shí)間間隔,可以對(duì)繪圖進(jìn)行前所未有的幾何分析[24],獲取傳統(tǒng)紙筆測(cè)試無法采集的詳細(xì)的實(shí)時(shí)認(rèn)知過程。
Lahey Clinic和MIT與ClockSketch聯(lián)盟版數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)與傳統(tǒng)的畫鐘測(cè)驗(yàn)一樣,有命令和復(fù)制2 個(gè)繪畫任務(wù)。在命令任務(wù)要求被測(cè)者畫1個(gè)鐘面并將指針設(shè)置在11:10;復(fù)制任務(wù)要求被測(cè)者復(fù)制1 個(gè)時(shí)鐘并將指針設(shè)置在11:10[25]。ClockSketch 聯(lián)盟版數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)參數(shù):畫鐘時(shí)間百分比(電子筆接觸紙面的時(shí)間百分比),思考時(shí)間百分比(第1 筆結(jié)束到最后一筆開始之間電子筆沒接觸到紙面時(shí)間的百分比),時(shí)鐘面后部循環(huán)延遲(鐘表圓圈畫好到下一部分第1筆的時(shí)間),第1個(gè)指針延遲(第1個(gè)指針前任何部分最后一筆結(jié)束到該指針開始的時(shí)間),第2個(gè)指針延遲(第2 個(gè)指針前任何部分最后一筆結(jié)束到該指針開始的時(shí)間)。Stephan Müller版畫鐘測(cè)驗(yàn)相關(guān)參數(shù):空中停留時(shí)間(一筆到另一筆離開平板的時(shí)間),平板接觸時(shí)間(筆在平板上的時(shí)間),間歇(筆沒有在平板上移動(dòng)畫圖的時(shí)間),筆劃空間距離(筆從一個(gè)筆劃移動(dòng)到下一個(gè)筆劃的空間距離)[26]。
2.2.1 數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)在認(rèn)知障礙中的診斷效力研究 Müller等[22]研究發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)評(píng)分正常的遺忘型MCI患者,在數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)中,可以通過空中時(shí)間更準(zhǔn)確地被鑒別出來。2019年Müller等[26]研究發(fā)現(xiàn)在數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)中,健康人與輕度AD和遺忘型MCI患者在空中停留時(shí)間、平板接觸時(shí)間、總時(shí)間、速度、壓力、每分鐘筆劃數(shù)、每筆筆劃長(zhǎng)度、間歇、筆劃間距離方面均有顯著差異;并可與CERAD總分相媲美。2017年P(guān)iers[23]利用數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)獲得的參數(shù)進(jìn)行年齡對(duì)高階決策潛伏期影響的研究,結(jié)果顯示在復(fù)制任務(wù)下各年齡組在完成測(cè)試的總時(shí)間、總筆劃數(shù)和高階決策潛伏期方面存在顯著差異。2020 年Dion[27]比較MCI和正常老年人數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)鐘表表盤間歇、指針間歇與相關(guān)認(rèn)知域之間的關(guān)系,得出畫鐘間歇參數(shù)與工作記憶和執(zhí)行速度成反比,鐘面面積與語(yǔ)言功能成負(fù)相關(guān),且MCI 與正常健康老年人在畫圖時(shí)間和思考時(shí)間有明顯差異。數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)對(duì)MCI 篩查和診斷的敏感性和準(zhǔn)確性均高于傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn),有望成為判斷是否需要進(jìn)一步完善腦脊液和影像檢查的數(shù)字標(biāo)志物。
2.2.2 數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)自動(dòng)評(píng)分方法研究 2015 年Souillard-Mandar[24]將數(shù)字畫鐘可采集更詳細(xì)、精確的畫鐘數(shù)據(jù)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)的評(píng)分算法結(jié)合,創(chuàng)建臨床醫(yī)生使用的評(píng)分系統(tǒng)的自動(dòng)化版本。將相對(duì)模糊的術(shù)語(yǔ),如“指針擺放上的輕微誤差”和“鐘面圓圈存在但不嚴(yán)重的變形”,轉(zhuǎn)化為可以編程的精確規(guī)則。確定了使用最廣泛的評(píng)分算法,制定了7 種(Manos、Royall、舒爾曼、Rouleau、Mendez、MiniCog、Libon)計(jì)算機(jī)評(píng)分方法。2019 年Binaco[28]使用數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)對(duì)163 例MCI 和AD患者進(jìn)行分類研究,確定機(jī)器算法對(duì)MCI 亞型和AD 的分類效能,評(píng)估了畫鐘過程中350個(gè)功能部件的最大信息量、最小冗余度。使用基于信息論的特征選擇功能子集確定診斷的準(zhǔn)確性,結(jié)果得出數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)機(jī)器算法有望成為鑒別非MCI 和MCI亞型的一線篩選方法。數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)改變了傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)人為主觀評(píng)分的方式,由數(shù)字和傳統(tǒng)評(píng)分方法結(jié)合到機(jī)器自動(dòng)評(píng)分的將成為可能,使得測(cè)評(píng)更加詳細(xì)客觀準(zhǔn)確。同時(shí)數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫膶?duì)MCI亞型進(jìn)行鑒別。
2.2.3 數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)與其他癡呆標(biāo)志物的研究 根據(jù)癡呆診斷A-T-N 構(gòu)架中的神經(jīng)損傷(N),Lamar[29]使用數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)來確定時(shí)鐘繪圖性能中的組織策略與大腦結(jié)構(gòu)是否有關(guān)。比較在寫數(shù)字之前使用錨定數(shù)字(12/3/6/9)和未使用錨定數(shù)字的相關(guān)參數(shù),得出使用錨定數(shù)字完成筆劃數(shù)和完成時(shí)間比非錨定少。數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)可檢測(cè)患者認(rèn)知的實(shí)時(shí)過程和行為策略與局部大腦結(jié)構(gòu)相關(guān)。Dorene[30]研究發(fā)現(xiàn)數(shù)字畫鐘與PET成像中淀粉樣沉積有顯著相關(guān)性,并且在正常人中篩查淀粉樣沉積優(yōu)于臨床前AD 臨床綜合測(cè)驗(yàn),進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)可作為認(rèn)知障礙診斷生物標(biāo)志物的觀念。這為研究數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)提供了新的研究方向。
2.2.4 數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)在其他類型認(rèn)知障礙中的研究 2019 年Zhào[31]檢測(cè)數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)對(duì)腦小血管?。╯mall vascular disease,SVD)患者特定認(rèn)知域損害的篩查效能,結(jié)果顯示,與輕度SVD和健康對(duì)照相比,重度SVD患者在繪畫過程中表現(xiàn)出更高的空中時(shí)間百分比和更低的平均筆跡繪畫壓力。這表明數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)可以不同于傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)的全新視角用于篩查老年SVD 患者的認(rèn)知功能下降。Dion[32]研究發(fā)現(xiàn)數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)總筆劃數(shù)、總時(shí)間、鐘表面積等參數(shù)可以很好地區(qū)別PD 執(zhí)行功能或記憶障礙的患者與正常老年人,數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)也可用于PD 型認(rèn)知障礙的篩查。
隨著醫(yī)療科技發(fā)展,認(rèn)知障礙患者越來越多的進(jìn)行外科手術(shù)。認(rèn)知障礙是圍手術(shù)期神經(jīng)認(rèn)知障礙的已知危險(xiǎn)因素,術(shù)前神經(jīng)認(rèn)知篩查可通過促進(jìn)患者、家屬和醫(yī)務(wù)人員之間的圍手術(shù)期規(guī)劃和明智的決策來減輕術(shù)后并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。Richard A[33]使用R.B.設(shè)計(jì)的數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)程序與常見的術(shù)前認(rèn)知測(cè)評(píng)工具4AT 進(jìn)行比較,結(jié)果顯示較長(zhǎng)的數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)畫圖時(shí)間和較低的時(shí)鐘分?jǐn)?shù)對(duì)老年人手術(shù)人群的認(rèn)知障礙敏感。支持?jǐn)?shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)作為圍手術(shù)期認(rèn)知障礙篩查的工具。Hizel LP等[34]使用數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)檢測(cè)了全麻下全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)3周和3個(gè)月后患者認(rèn)知的細(xì)微變化。近1/4的患者在術(shù)后畫鐘的速度減慢,而非手術(shù)的同齡人顯示出預(yù)期的練習(xí)效果,即從基線到隨訪時(shí)間點(diǎn)的速度增加。數(shù)字畫鐘對(duì)全麻手術(shù)導(dǎo)致的認(rèn)知變化研究使得手術(shù)導(dǎo)致的認(rèn)知減退得到關(guān)注,從而采取預(yù)防措施預(yù)防或減輕術(shù)后的認(rèn)知障礙并發(fā)癥。因此,數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)可用于不同類型的認(rèn)知障礙的篩查,包括血管性癡呆、帕金森型癡呆、全麻后癡呆篩查。
數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)作為一種創(chuàng)新的篩查工具,采用自動(dòng)、精確的評(píng)分準(zhǔn)則,對(duì)患者進(jìn)行詳細(xì)的認(rèn)知功能篩查,對(duì)認(rèn)知能力篩查的范圍、敏感性、準(zhǔn)確性均優(yōu)于傳統(tǒng)的畫鐘測(cè)驗(yàn)。目前數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)用于針對(duì)不同認(rèn)知障礙亞型的鑒別、新型評(píng)分方法的開發(fā)、對(duì)不同原因?qū)е碌恼J(rèn)知障礙的篩查。有人認(rèn)為大多數(shù)參數(shù)依賴時(shí)間,且患者對(duì)平板電腦使用的熟練度不同,可能導(dǎo)致一定的評(píng)分誤差。研究得出在畫圓圈時(shí),這種誤差可能存在,而寫數(shù)字與定義它們的正確位置、間歇形成等是高度自動(dòng)化的,因此對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的偏差不會(huì)太大[26]。
畫鐘測(cè)驗(yàn)已經(jīng)成為使用最廣泛的認(rèn)知篩查工具之一,因?yàn)樵u(píng)分方法數(shù)量眾多,目前尚未形成哪一種評(píng)分方法的敏感性、特異性最好的一致共識(shí)。有研究表示畫鐘測(cè)驗(yàn)不適用于MCI 的篩查,使得畫鐘測(cè)驗(yàn)的使用受到局限性。隨著認(rèn)知障礙患者越來越多,認(rèn)知障礙和癡呆的早期篩查越來越重要,雖然也有研究表明畫鐘測(cè)驗(yàn)可作為MCI的篩查,并具有較好的敏感性和特異性,但是使用哪種評(píng)分方法最好仍不確定。Ehreke[16]和Parsey[28]認(rèn)為有必要使用更加詳細(xì)、量化的評(píng)分系統(tǒng)進(jìn)行MCI 的篩查。數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)剛好可以補(bǔ)充傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)的缺點(diǎn)。數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)把數(shù)字筆、軟件和傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)結(jié)合,提供高精度的、標(biāo)準(zhǔn)的、操作有定義的、自動(dòng)的評(píng)分系統(tǒng),可對(duì)患者繪畫過程中的認(rèn)知能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)詳細(xì)的分析;也可減少傳統(tǒng)畫鐘測(cè)驗(yàn)測(cè)評(píng)者主觀導(dǎo)致的評(píng)分誤差;數(shù)字畫鐘測(cè)驗(yàn)還可極大地增加測(cè)評(píng)效率,對(duì)于臨床一線測(cè)評(píng)員來說可減輕工作負(fù)擔(dān)。