計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具預(yù)測老年患者早期術(shù)后認(rèn)知功能障礙的價值

湯昕宇,楊立狀,張慕春,黃孝慈,邵艷梅,楊夢思,胡憲文

0 引 言

術(shù)后認(rèn)知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction, POCD)是手術(shù)麻醉后常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥,其主要癥狀表現(xiàn)為患者在手術(shù)麻醉后出現(xiàn)學(xué)習(xí)、記憶力、情感、判斷力等下降［1-2］。術(shù)后認(rèn)知功能障礙是老年患者術(shù)后常見的并發(fā)癥,發(fā)生率為20%～45%［3-4］;并可帶來術(shù)后并發(fā)癥增多、住院時間延長、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)加重和死亡率增加等不良影響［5］。海馬體是學(xué)習(xí)和記憶的關(guān)鍵結(jié)構(gòu),容易受到健康老齡化、阿爾茨海默病、抑郁癥、精神分裂癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病的影響［6-7］。計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具是一種改進(jìn)的物體識別記憶任務(wù),對海馬體模式分離過程提出了很高的要求,從而對海馬體功能高度敏感［6］。因此,可以通過計算機(jī)軟件來評估海馬區(qū)功能障礙的行為影響,從而預(yù)測和篩查POCD的發(fā)生。本研究旨在利用計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具進(jìn)行術(shù)后認(rèn)知功能障礙的預(yù)測和篩查,并與傳統(tǒng)神經(jīng)心理學(xué)量表進(jìn)行比較,為早期診斷術(shù)后認(rèn)知功能障礙提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料選擇2021年7月至2022年7月安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科擇期行初次單測髖關(guān)節(jié)置換的患者。納入標(biāo)準(zhǔn):①性別不限,年齡65～85歲;②ASA分級Ⅰ～Ⅲ級;③無肝腎功能障礙;④可正確理解簡易智力量表(mini-mental state examination, MMSE)的內(nèi)容,術(shù)前 MMSE 評分>24分(初中及以上學(xué)歷),>20分(小學(xué)學(xué)歷),>17分(文盲)。排除標(biāo)準(zhǔn):①中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病;②入院前半年內(nèi)有服用鎮(zhèn)靜劑、抗抑郁藥物等精神類藥物;③嚴(yán)重器官功能障礙;④嚴(yán)重腦血管、腦代謝疾病、癡呆病史等;⑤長期飲酒的酗酒者;⑥嚴(yán)重的視力、聽力障礙或因其他原因與訪視者無法交流者。按上述條件研究最終納入70例患者,并根據(jù)患者術(shù)后是否發(fā)生POCD將患者分為POCD組和非POCD組。本研究已經(jīng)通過安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)［倫理審批號:YX2021-045(F1) ］,完成中國臨床試驗注冊中心注冊(注冊號:ChiCTR2100052607),并與患者簽署知情同意書。

1.2方法

1.2.1 麻醉方法患者術(shù)前常規(guī)禁食禁飲,均不使用術(shù)前藥物。入手術(shù)室后,開放外周靜脈通路,行橈動脈穿刺置管和髂筋膜阻滯(0.25%羅哌卡因4 0mL)。連接心電監(jiān)護(hù),連續(xù)監(jiān)測心電圖(ECG)、有創(chuàng)動脈血壓(IABP)、脈搏血氧飽和度(SpO2)、腦電雙頻指數(shù)(BIS)、呼氣末二氧化碳分壓(PETCO2)。麻醉誘導(dǎo)采用咪達(dá)唑侖 0.03mg/kg,舒芬太尼 0.5 μg/kg,依托咪酯0.2mg/kg,順式阿曲庫銨0.2 mg/kg ,面罩給氧 5 min 后置入喉罩,確認(rèn)無漏氣后連接麻醉機(jī)行機(jī)械通氣,潮氣量(VT)8 mL/kg,呼吸頻率(RR)10～15次/min,吸呼比(I∶E)1∶2,吸入氧濃度60%～70%,并隨時根據(jù)呼氣末CO2分壓(PETCO2)調(diào)節(jié)麻醉機(jī)呼吸參數(shù),維持PETCO2在35～45 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)。麻醉維持采用丙泊酚4～8mg/(kg·h),瑞芬太尼0.1～0.3 μg/(kg·min),順苯磺阿曲庫銨0.1～0.2 mg/(kg·min)靜脈持續(xù)輸注,吸入七氟醚0.4～0.6 MAC,維持BIS 45-60,術(shù)中維持血壓、心率波動范圍在基礎(chǔ)值±20%,必要時給予血管活性藥物或予以輸血。手術(shù)全程采用保溫毯保溫維持在38 ℃,同時采取輸液加溫裝置。術(shù)畢,待患者有自主呼吸后給予阿托品0.5mg與新斯的明1 mg拮抗殘余肌松作用;待患者達(dá)到常規(guī)拔管指征后拔除氣管導(dǎo)管,送至麻醉恢復(fù)室,給予鼻導(dǎo)管吸入氧氣并監(jiān)護(hù)生命體征。患者均進(jìn)行靜脈自控鎮(zhèn)痛(PCIA):舒芬太尼2.5 μg/kg+格拉司瓊3 mg稀釋至100 mL,負(fù)荷劑量2 mL,維持劑量2 mL/h,單次給藥劑量0.8 mL,PCIA鎖定時間15 min,持續(xù)鎮(zhèn)痛48 h。以上麻醉過程均由同一位操作熟練的麻醉醫(yī)師完成。

1.2.2認(rèn)知功能評定于術(shù)前1 d和術(shù)后1周進(jìn)行神經(jīng)心理學(xué)測試和計算機(jī)化測試。神經(jīng)心理學(xué)的測試內(nèi)容包括MMSE、修訂韋氏記憶量表和連線測試。其中修訂韋氏記憶量表的測試項目包括個人經(jīng)歷、時空定向、數(shù)字順序(順序、逆序)、視覺再認(rèn)、圖片回憶、數(shù)字廣度。計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具由中科院合肥研究院醫(yī)學(xué)物理與技術(shù)中心提供,主要包括誘餌辨別指數(shù)(Lure Discrimination Index, LDI)和識別記憶分?jǐn)?shù)(Recognition Index, REC)。神經(jīng)心理學(xué)測試和計算機(jī)化測試分別由2位經(jīng)過專業(yè)的認(rèn)知功能評定訓(xùn)練的人員實施,且對受試者的病情和對方的測試結(jié)果不知情。所有測試均在專門的房間進(jìn)行,若受試者不方便移動,則在測試時保持病房安靜。所有測試項目均存在難度相當(dāng)?shù)牟⑿邪姹?每次由受試者隨機(jī)抽取。

1.2.3POCD診斷標(biāo)準(zhǔn)采用ISPOCD研究協(xié)作組推薦的綜合評分法,即“Z計分法”［2］。為排除神經(jīng)心理學(xué)測試的假陽性率,本研究收集了20例社區(qū)健康老年人,并由相同評定人員測試出健康老年人群間隔相同時間內(nèi)每項測試的差值μ及標(biāo)準(zhǔn)差δ,將每位患者術(shù)前術(shù)后每個測試項目的差值x減去健康老年人群的對應(yīng)測試項目的差值μ,再與健康老年人群的平均標(biāo)準(zhǔn)差δ相除得出每個單項測試的Z值,即公式:Z=(x-μ)/δ?？俍分值≥1.96或兩項以上|Z|≥1.96,則定義該患者發(fā)生POCD。

2 結(jié) 果

本研究初始納入80例患者,其中6例患者術(shù)后拒絕行計算機(jī)化測試,4例患者發(fā)生術(shù)后惡心嘔吐等并發(fā)癥無法配合完成認(rèn)知功能測試,最終納入70例患者進(jìn)行分析。全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)老年患者早期POCD的發(fā)生率為23%。

2.1基線資料比較兩組患者性別、年齡、體重指數(shù)、文化程度、術(shù)前MMSE評分和手術(shù)時間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),見表1。

表 1 入組患者基線資料的比較

2.2認(rèn)知功能的組內(nèi)比較在計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估測試中,與術(shù)前相比,兩組術(shù)后LDI和REC均明顯降低(P<0.05);在MMSE測試中,與術(shù)前相比,POCD組術(shù)后得分明顯降低(P<0.05),非POCD組的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。在修訂韋氏記憶量表中,與術(shù)前相比,非POCD組中術(shù)后時空定向的得分和數(shù)字順序-逆序的得分明顯降低(P<0.05),POCD組中術(shù)后數(shù)字順序-順序、數(shù)字順序-逆序、視覺再認(rèn)、圖片回憶和數(shù)字廣度的得分均明顯降低(P<0.05)。在連線測驗中,與術(shù)前相比,POCD組術(shù)后的用時明顯增多(P<0.05),非POCD組的用時未見明顯變化(P>0.05)。

2.3認(rèn)知功能的組間比較在計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估測試中,POCD組術(shù)前術(shù)后LDI均明顯低于非POCD組(P<0.05),POCD組術(shù)后REC明顯低于非POCD組(P<0.05)。在MMSE測試中,POCD組術(shù)后得分明顯低于非POCD組術(shù)后得分(P<0.05)。在修訂韋氏記憶量表中,POCD組術(shù)前術(shù)后的數(shù)字順序-逆序、視覺再認(rèn)、圖片回憶和數(shù)字廣度的得分均明顯低于非POCD組(P<0.05),POCD組術(shù)后的數(shù)字順序-順序得分明顯低于非POCD組(P<0.05)。

2.4診斷效能POCD組術(shù)前計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具診斷的準(zhǔn)確率為67.2%,截斷值為0.156 7,敏感度為87.5%,特異度為44.4%,約登指數(shù)為0.319;POCD組術(shù)后計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具診斷的準(zhǔn)確率為69.8%,截斷值為0.091 7,敏感度為81.3%,特異度為59.3%,約登指數(shù)為0.406。見圖1。

圖 1 POCD組術(shù)前術(shù)后計算機(jī)化測試中LDI的ROC曲線

3 討 論

目前,我國60歲及以上老年人口超過2.3億,占總?cè)丝诘?6.7%,已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會,成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新挑戰(zhàn)。髖關(guān)節(jié)置換術(shù)是老年患者常見的骨科手術(shù),POCD的發(fā)生率總體為20%～45%［3］。鑒于POCD對老年患者術(shù)后健康及生活質(zhì)量的不良影響,我們應(yīng)重視預(yù)防其發(fā)生和進(jìn)行早期識別,進(jìn)而采取臨床干預(yù)治療。

然而,目前臨床上缺乏特異性的術(shù)后認(rèn)知功能障礙的診斷方法,其主要依靠神經(jīng)心理學(xué)量表進(jìn)行診斷［8］。不同的神經(jīng)心理學(xué)量表有不同的適用范圍和側(cè)重方向,但大多都涉及文字的辨認(rèn)和書寫,一定程度上和受試者的文化程度有關(guān),評估繁雜,費(fèi)時費(fèi)力。利用計算機(jī)軟件進(jìn)行認(rèn)知功能評價是近年來新出現(xiàn)的方法,它能減少測試者的主觀判斷對測試結(jié)果的影響,而且對于受試者來說更加簡潔直觀,測量內(nèi)容多圖形而少文字,所以對文化程度較低者同樣適用。同時,計算機(jī)軟件測試操作簡單易行,臨床適用性強(qiáng)。

現(xiàn)有的計算機(jī)化認(rèn)知測試工具,其原理多為將傳統(tǒng)神經(jīng)心理學(xué)量表測試的認(rèn)知領(lǐng)域通過編碼設(shè)計轉(zhuǎn)化為計算機(jī)測試程序。CogState量表是一套CogState公司研發(fā)的計算機(jī)化認(rèn)知測試工具,覆蓋 7 個認(rèn)知領(lǐng)域,包括注意力、加工速度、記憶、工作記憶、執(zhí)行功能、錯誤監(jiān)管、社會認(rèn)知［9］。CogState量表具有學(xué)習(xí)效應(yīng)小、文化兼容性強(qiáng)、覆蓋認(rèn)知功能領(lǐng)域廣泛的特點(diǎn),在包括精神分裂癥、成癮、注意力缺陷多動障礙等多個精神障礙中運(yùn)用,具有良好的臨床適用性［10-11］。CAB(Cognitive Assessment Battery)是一種嚴(yán)肅的以游戲為形式的評估組合,它由針對以下認(rèn)知領(lǐng)域的測試組成:速度和注意力、學(xué)習(xí)和情景記憶、視覺空間功能、語言和執(zhí)行功能［12］。CAB可以作為MMSE的輔助工具,也可以作為輕度認(rèn)知障礙的篩查工具,具有良好的特異性和敏感性。此外,CAB的優(yōu)勢之一是它提供了一個分?jǐn)?shù)分布,表明哪些認(rèn)知區(qū)域受損。 Doniger等［13］對NeuroTrax計算機(jī)化測試進(jìn)行了驗證。該測試被證實可通過評估記憶、執(zhí)行功能、空間視覺感知、語言功能、信息處理和運(yùn)動技能來檢測輕度認(rèn)知障礙。

中科院合肥研究院醫(yī)學(xué)物理與技術(shù)中心提供的計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具則通過基于海馬體使用模式分離進(jìn)行快速聯(lián)想學(xué)習(xí)和記憶的計算機(jī)理論評估海馬體功能。海馬體等內(nèi)側(cè)顳葉的結(jié)構(gòu)不僅關(guān)鍵性地參與了日常事務(wù)的記憶,而且是與年齡相關(guān)的記憶衰退、阿爾茨海默病(AD)的關(guān)鍵部位,甚至在早期階段就有可能區(qū)分典型的衰老和AD［14-15］。測試過程由2個階段組成,分別為編碼階段和測試階段。在第一階段,受試者需要對圖片上的日常物品經(jīng)常出現(xiàn)在“室內(nèi)”或“室外”進(jìn)行判斷。在完成這項編碼任務(wù)之后,受試者將立即開始識別記憶測試。在該測試中,他們必須將每張圖片識別為“舊的”、“相似的”或“新的”。測試階段中1/3的圖片是編碼階段中呈現(xiàn)的圖像的精確重復(fù),1/3的圖片是之前未見過的新圖像,1/3的圖片在感知上與編碼階段看到的圖像相似,但不完全相同,即為“誘餌”。測試者特別關(guān)注受試者對這些誘餌試驗的反應(yīng),以及受試者正確地將它們識別為“相似”的比率,避免將它們識別為“舊”的傾向［6］。通常,評估誘餌辨別性能的方法是通過計算對誘餌項目做出“相似”反應(yīng)的概率減去對新圖像給予“相似”反應(yīng)的概率,兩者之差即為LDI。LDI反映的是記憶編碼事件豐富細(xì)節(jié)的能力,LDI的表現(xiàn)嚴(yán)重依賴于受試者大腦海馬體功能的完整性［16］。正確識別“舊的”圖片的概率減去將“新的”圖片錯誤識別為舊的概率,兩者之差即為識別記憶分?jǐn)?shù)REC。REC主要用于評估重復(fù)項目的識別記憶。

本研究顯示,計算機(jī)化測試中術(shù)后LDI和REC相比于術(shù)前均有顯著性下降, POCD組術(shù)前術(shù)后LDI均明顯低于非POCD組,POCD組術(shù)后REC明顯低于非POCD組。這表明患者在術(shù)后短期內(nèi)對物體細(xì)節(jié)的記憶能力和識別能力下降,且POCD患者記憶能力和識別能力的下降更顯著。研究表明,海馬體在記憶、導(dǎo)航和認(rèn)知方面起著至關(guān)重要的作用,是情景記憶所必須的［17-18］。丘腦和海馬體積的減少可能與POCD有關(guān)［19］。蔡仁賢等［20］在靜息態(tài)功能磁共振下運(yùn)用分?jǐn)?shù)低頻振幅( fraction amplitude of low frequency fluctuation,fALFF) 方法觀察老年P(guān)OCD患者大腦自發(fā)功能活動的變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照組比較,POCD 組患者左側(cè)海馬fALFF值顯著降低,大腦自發(fā)功能活動降低。DU等［21］研究發(fā)現(xiàn)POCD患者大腦右側(cè)顳上葉、右側(cè)和左側(cè)扣帶回中部、右側(cè)海馬和海馬旁回的腦血流也均顯著降低。由此可見,POCD患者的海馬體形態(tài)和功能都會發(fā)生改變,可表現(xiàn)為記憶和認(rèn)知方面出現(xiàn)異常,因此可以根據(jù)計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具中LDI的變化預(yù)測和篩查POCD的發(fā)生。

本研究采用的神經(jīng)心理學(xué)測試方法包括MMSE、修訂韋氏記憶量表和連線測試,可以較客觀地反映人腦認(rèn)知功能。MMSE測試內(nèi)容包括定向、記憶、語言、計算和注意力等方面認(rèn)知功能,是目前應(yīng)用最廣泛的簡短認(rèn)知測試［22］,也是臨床試驗中最常用的癡呆篩查、認(rèn)知分級和終點(diǎn)結(jié)局的評估工具［23］。一項薈萃分析納入102項關(guān)于MMSE的研究,受試者來自30個不同國家,其結(jié)果表明MMSE對癡呆具有較好的診斷性能,敏感度為0.81(95%CI:0.78～0.84),特異度為0.89(95%CI:0.87～0.91),ROC顯示診斷優(yōu)勢比為35.4,曲線下面積(AUC)為92%(95%CI:0.90～0.94)［24］。修訂韋氏記憶量表可反映記憶力、注意力、計算力等方面,測試內(nèi)容包括長時記憶測驗、短時記憶測驗和瞬時記憶測驗三大類。連線測試(TMT)包括A、B 2個子表,TMT-A主要測試“視空間能力”和“書寫運(yùn)動速度”,TMT-B主要測試“處理速度”和“認(rèn)知靈活度”。連線測試對大腦損傷敏感,有助于檢測皮質(zhì)下或額葉損傷［25-26］。

計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具已被用于識別與健康老齡化、癡呆癥、精神分裂癥、抑郁癥和其他臨床疾病相關(guān)的海馬區(qū)功能障礙［27］。計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具的敏感性和可靠性使其成為跟蹤疾病進(jìn)展或下降的極其寶貴的工具［6］。然而,計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具在POCD的預(yù)測和篩查方面卻鮮有應(yīng)用。本研究發(fā)現(xiàn),POCD組術(shù)前術(shù)后LDI均明顯低于非POCD組;以術(shù)前計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具中LDI的值預(yù)測發(fā)生POCD的準(zhǔn)確率為67.2%,敏感度為87.5%,特異度為44.4%;以術(shù)后計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具中LDI的值診斷POCD的準(zhǔn)確率為69.8%,敏感度為81.3%,特異度為59.3%。計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具測試的特異度相對較差,同時我們的實驗具體實施中有一定的局限性:一是計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具中采用的圖片多選自國外的測試資料,部分圖片中的物品中國老年患者從未見過,沒有針對中國老年人群進(jìn)行修定;二是實驗設(shè)計的樣本量有限,缺少多中心大樣本量的測試結(jié)果和重測信度的分析。因此,計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具可作為POCD的預(yù)測和篩查工具,但是計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具能否成為POCD可靠的診斷工具尚需進(jìn)一步大樣本量的臨床研究證實。

綜上所述,計算機(jī)化神經(jīng)認(rèn)知評估工具用于髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后認(rèn)知功能障礙的預(yù)測和篩查,可提供較為及時準(zhǔn)確的信息,為圍術(shù)期精準(zhǔn)干預(yù)和預(yù)防術(shù)后認(rèn)知功能障礙提供參考。