计算机自适应认知障碍筛查系统的构建

谢海群 王玉凯 黄淑云 林碧清 张薇平 黄嘉星 黄秋兰 胡才有 陈露诗 田秋姣 卢健聪 杨建荣 章成国 吕泽平※

※为通讯作者

计算机自适应认知障碍筛查系统的构建

谢海群1※王玉凯1黄淑云1林碧清1张薇平1黄嘉星1黄秋兰1胡才有3陈露诗1田秋姣2卢健聪1杨建荣3章成国1※吕泽平2※

目的 构建应用于社区的计算机自适应认知功能障碍筛查系统(Computerized Adaptive Testing for Cognition，CAT-Cog)，搭建社区老人认知功能信息管理平台。方法 利用目前现行的认知障碍筛查量表(MMSE，MoCA，画钟测验)和基于项目反应理论的计算机化自适应测试技术，构建人机交互、自适应的认知功障碍筛查系统。对CAT-Cog系统进行内部一致性、重测信度检验、效度分析。结果 显示CAT-Cog信效度达85%以上，其中Cronbach’sα为0.956，4周后重测信度Pearson相关系数为0.853。CAT-Cog系统与传统纸笔原测试(MMSE，MoCA，画钟测验)的相关系数为0.792～0.876。CAT-Cog鉴别认知正常者与AD患者的敏感度为89.7%，特异度为88.0%。鉴别认知正常者和轻度认知障碍者的敏感度为88.9%，特异度为79.0%。将CAT-Cog系统与网络信息平台结合，构建了社区老人认知功能信息管理平台。结论 CAT-Cog系统结合互联网信息管理平台，可更高效、个体化、信息化筛查认知障碍和实现疾病管理，适用于社区和各级医疗机构普及和推广。

认知障碍 计算机 社区 自适应 痴呆

认知障碍导致的痴呆已成为我国不可忽视的严重公共卫生问题。早期筛查和干预是延缓疾病发生和发展的重要途径[1]。目前，广泛应用的神经心理测试是筛查认知障碍经济和有效的方法，传统的手册式测验方法效率低、复杂耗时、专业化依赖程度高，严重阻碍了早期识别老年痴呆和信息化管理。近年来随着计算机技术的不断发展,计算机化测试己成为认知科学研究的一个热点,它操作方便、节约成本和资源,但一般的计算机化测试大多是传统考试的无纸化形式,在准确、合理地评价被试能力方面存在不足,无法实现“因人施测”。而以现代测量理论-项目反应理论为指导的计算机自适应测试可以“量体裁衣、即时答题、即时评判、不断求精”，依据计算机技术和数学运算模式，根据个人的答题情况和个人能力，自动选择题目和评分,最终获得对受试者潜在特质或能力的准确估计[2]。与传统方式相比，自适应测试时间更短、测量精度更高、实施灵活并具有针对性。目前一些国外大型的考试如TOFEL，GRE，GMAT和抑郁等神经心理测试等[3,4]，都相继采用了这种测试方式。但国内外目前尚无认知障碍计算机自适应测试的相关报道。

因此，本研究借鉴目前国内外有关计算机化认知功能评估的方法，应用现代项目反应理论和自适应性计算机化测试技术，开发计算机化的自适应认知功能评估系统，探索适合中国社区老年人认知障碍早期筛查的新途径。

1.资料与方法

1.1 研究对象 ① 系统构建人群：纳入2016年至2017年在佛山市祖庙社区参与本研究的60岁以上的老年人1200例，所有受试者均为常住居民，或在居住1年以上暂住居民。采集数据用于构建计算机自适应认知功能障碍筛查系统。② 验证人群：完成系统构建后，为进行该系统的区分效度分析，选取正常老年人、轻度认知障碍和阿尔茨海默病各100例，受试者均来源于上述社区和佛山市第一人民医院记忆门诊。阿尔茨海默病依据美国精神疾病诊断及统计手册第四版(DSM-IV-R)的痴呆标准和美国国立神经病学、语言障碍和卒中-老年性痴呆和相关疾病学会工作组(NINCDS-ADRDA)制定的很可能阿尔茨海默病的诊断标准。轻度认知障碍诊断依据2004年修订的Peterson诊断标准。排除标准：① 心、脑、肝肾等严重脏器疾病；② 其他严重精神障碍；③ 严重听、语言和视力障碍，无法完成调查问卷和神经心理评估者。

1.2 资料采集 (1)调查问卷:由专业研究人员进行问卷调查，调查前统一培训，采取统一问卷、统一测试和评判标准，对受试者实施面对面口头询问调查，采集资料包括：① 人口与社会学特征：性别、年龄、文化程度、职业等；② AD8和认知功能变化自评表；③ 疾病史和和生活方式，包括心血管史、神经系统疾病史、其他心脑血管危险因素和脑外伤等。(2)神经心理测试：对全部受试者进行成套神经心理量表检查，包括MMSE，MoCA，ADL，Stroop测验、听词语学习(AVLT)测试、符合数字转换测验(SDMT)波士顿命名测试及老年抑郁量表测试等。

1.3 计算机自适应认知障碍筛查系统的构建

1.3.1 CAT-cog模型的建立：首先根据MMSE，MoCA，画钟测验量表构建项目库，根据项目反应理论(item response theory,IRT)，采用RumM2020软件进行Rasch分析，对项目库中各个项目进行难度分析筛选和整合，结合计算机技术构建CAT-cog模型。受试者进行测试时，计算机根据受试者的作答反应自适应选择测试项目，实现即时、准确、快捷判断受试者的认知功能。测试结束时，计算机直接给出认知障碍评估结果。

1.3.2 比较常用认知筛查量表和CAT-cog的应用价值：评价和比较传统认知筛查量表(MMSE，MoCA和画钟测验)和CAT-cog的信效度和测试效率。根据验证人群的认知障碍诊断情况，评价CAT-cog对正常、轻度认知障碍和阿尔茨海默病的区分效度。

1.4 搭建社区老人认知功能信息管理平台 将CAT-Cog系统与网络信息平台结合，搭建社区老人认知和平衡功能信息管理平台。管理平台利用压力测试软件、客户端和服务器等，进行数据传输内容和数据统计，在线实时监测和采集客户端数据。数据库容量达到允许10万人同时在线，每位用户能够存储数据记录50次以上。使社区用户通过单机浏览网页、移动终端等方式，进行在线认知障碍筛查、认知障碍功能分级和疾病干预评估等。

2.结果

2.1 计算机自适应认知障碍筛查系统的构建 应用RUMM2020软件，经Rasch分析，计算MMSE，MoCA和画钟测验各测验单项的难度值，经分析筛选和整合，调整应答分数，排除受年龄、性别和文化水平显著影响的测试项目，最终纳入筛查系统测试题库的二分类(对或错)测试项目共26项，其中来自MMS的有11项，包括时间定向力、地点定向力、语言即刻记忆、注意力和计算力、短时记忆力、物体命名、语言复述、三步命令测试、阅读理解、语言表达、交叉五边形复制；来自MoCA的有8项，包括命名、注意力、语言、抽象、延迟回忆、视知觉图片、零钱计算、命名水果；画钟测验包括7项。

计算机自适应测试系统的施测过程，分为探查阶段和精确估计真正能力值阶段。在测试开始时,受试者真实水平尚未明确,因此，先施测MMSE即刻记忆和短时记忆、画钟测验，完成后初步估计其能力水平。在能力精确估计阶段，CAT-cog工作流程包括以下几个步骤：①根据受试者当前的能力水平，采用最大信息法选择题目，系统自动从题库中选择最合适的测试项目，②受试者根据自身能力水平对题目应答，③系统根据受试的答题情况对其能力水平进行估计。重复步骤一到步骤三，直到满足本研究中设定标准误SE<0.3或最大信息量>，测试结束。

2.2 计算机自适应认知障碍筛查系统的信效度和效率

2.2.1 信度分析：对CAT-Cog系统进行了内部一致性、重测信度检验，研究其信效度。结果CAT-Cog的Cronbach’s α为0.956。1个月后随机抽样100人进行重测，重测信度Pearson相关系数为0.853。

2.2.2 效度分析：①效标效度：将CAT-Cog系统测试的能力值与原测试(MMSE，MoCA，画钟测验)的各量表总分进行相关分析，结果显示原各测试量表与系统测试结果显著相关，MMSE相关系数为0.852(P<0.01)，MoCA为0.876(P<0.01)，画钟测验为0.0792(P<0.01)。②区分效度：CAT-Cog鉴别认知正常者与AD患者的AUC=0.92，敏感度为89.7%，特异度为88.0%。认知正常者和轻度认知障碍者AUC=0.89，敏感度为88.9%，特异度为79.0%。

2.2.3 CAT-Cog与原传统纸笔测试的效率比较：CAT-Cog系统与传统纸笔原测试(MMSE，MoCA，画钟测验)的相关系数为0.792～0.876。CAT-Cog与原测试比较，平均使用题目数为6.58，测试题数减少35.6%，时间效率节省了27.25%。

2.3 搭建社区老人认知功能信息管理平台 CAT-Cog系统与广西江滨医院网络信息平台相结合，建立社区老年人认知及平衡功能评估和管理系统。该平台集合问卷测试、教程、认知及平衡功能评估、 跌倒风险预测、 分级干预及训练、教与练为一体，适合社区老年人及家属自评自练，老人登录平台后根据问答提示及教程可自行完成认知功能和平衡功能的初步评估，通过系统的认知诊断，可初步对老年人的认知功能状况和平衡功能风险进行评估，并针对其功能的水平和风险程度制定个性化的诊断和处方。

3.讨论

认知障碍筛查防治老年痴呆，减轻痴呆导致的失能和照料负担沉重的关键问题。本研究针对严重影响老年人健康和生活质量、致残率居高不下的认知功能障碍，结合互联网、计算机技术和现代自适应性评测技术，构建应用于社区的计算机自适应认知功能障碍筛查系统，搭建社区老人认知功能信息管理平台。研发的系统和信息管理平台可更高效、标准化、精准化、信息化筛查认知障碍和管理疾病，适用于社区和各级医疗机构普及和推广。

针对认知功能退化导致的痴呆问题，目前能准确早期筛查和识别的方法主要为结构或功能性磁共振影像检测、载脂蛋白E基因分型，FDG-PET，PIB-B和SPECT等，由于这些方法价格高昂、检测方法复杂或尚未成熟等，目前在国外广泛应用的经济和有效的方法仍为认知功能评估方法[5]。主要是评估总体认知功能和认知功能的各个领域如记忆、执行和视空间能力等。常用的总体认知筛查量表和自评量表包括简易精神状态量表(MMSE)[6]、蒙特利尔认知功能评估量表(MoCA)[7]、记忆障碍自评量表(AD8)、老年人认知功能知情者问卷(IQCODE)和社区痴呆筛查知情人问卷(CSID)等。

然而，目前这些手段均通过纸笔测试的方式实施筛查，依赖受专业培训的神经心理评估师完成，数据和测试报告等均需手工录入，结果的解释和判定依据常模，因此，传统的手册式测验方法效率低，复杂耗时、技术上和/或常模上过时导致认知障碍筛查无法在社区机构和基层卫生机构普及和推广，严重阻碍了早期识别老年痴呆和信息化管理。本研究通过对当前通用的认知功能评估量表整合、优化，应用现代项目反应力量和自适应测试技术，结合互联网和计算机技术，构建了计算机自适应认知障碍筛查系统。验证分析显示，CAT-Cog信效度>85%，与传统纸笔原测试(MMSE，MoCA，画钟测验)的相关度>75%，筛查痴呆的敏感性和特异性>85%。因此，CAT-Cog克服了上述传统认知障碍筛查方式的缺陷，实现了认知障碍筛查的社区普及化，筛查手段的智能化、个体化和精准化，以及认知障碍的管理的信息化，对于认知障碍的早期筛查、早期干预具有重要的意义。

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.佛山市第一人民医院 528000 2.国家康复辅具研究中心附属康复医院 100176 3.广西江滨医院 530021

十二五国家支撑计划课题(项目编号：2015BAI06B02)；广东省自然基金(项目编号：S2012010009715)。

10.3969/j.issn.1672-4860.2017.04.007

2017-7-12