Diagnostic des lésions ischémiques avec un scanner double-énergie après thrombectomie mécanique

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Thesis

Reference

Diagnostic des lésions ischémiques avec un scanner double-énergie après thrombectomie mécanique

GARIANI, Joanna

Abstract

Les accidents cérébraux ischémiques sont une cause importante de morbidité et de mortalité.

La cause la plus fréquente est la maladie thromboembolique. Le traitement actuel comporte la lyse intraveineuse ou intra-artérielle et dans certains cas la thrombectomie mécanique. Une des complications du traitement est la transformation hémorragique. Cette complication est difficile à détecter dans les suites immédiates de la thrombectomie mécanique car il existe une rupture de la barrière hémato-encéphalique avec une extravasation de produit de contraste utilisé pendant le geste, ce contraste hyperdense au scanner est impossible à distinguer d'une hémorragie. Le scanner double-énergie permet de différencier entre ces deux entités et permet également une meilleure détection de l'ischémie ce qui traduit un facteur pronostic important.

GARIANI, Joanna. Diagnostic des lésions ischémiques avec un scanner double-énergie après thrombectomie mécanique. Thèse de doctorat : Univ. Genève, 2016, no. Méd. 10831

URN : urn:nbn:ch:unige-908971

DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:90897

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:90897

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Section de médecine Clinique, Fondamentale, ou Dentaire

Département d’Imagerie et des Sciences de l’Information Médicale

Service de Radiologie

Thèse préparée sous la direction du Professeur Maria Isabel Vargas

" Diagnostic des lésions ischémiques avec un scanner double - énergie après thrombectomie mécanique"

Thèse

présentée à la Faculté de Médecine de l'Université de Genève

pour obtenir le grade de Docteur en médecine par

Joanna GARIANI

de

Veyrier, GE (lieu d'origine)

Thèse n° ___________

Genève 2016

10831

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Table des matières

Remerciements……….…….………2

Résumé..……….………...3

Introduction……...……….………..…………...4-11

Discussion…..………....12-15

Conclusion……….……….……16

Bibliographie………..………...…...17-18

Annexe 1 : Diagnosis of acute ischemia using dual energy after mechanical

thrombectomy………..19

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Remerciements

Je tiens à remercier les personnes suivantes :

Le Professeur Maria Isabel Vargas pour son encadrement, sa disponibilité sans faille et ses encouragements tout au long de ce projet.

Les Professeurs Christophe Becker et Karl-Olof Lovblad pour leur soutien et

encouragement non seulement pendant la durée de ce projet mais également pendant toutes les années de ma formation clinique.

Mon mari Karim Gariani, qui m’a toujours permis de garder le nord, un pilier, et un soutien d’une valeur inestimable.

Mes parents pour leur éducation, leur amour et leur patience.

Ma sœur pour avoir toujours trouvé les bons mots d’encouragement dans les moments de doute.

Le Dr Jose Baio Boto pour la relecture attentive du manuscrit.

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Résumé

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) ischémiques sont la première cause de morbidité en Europe et la deuxième cause de mortalité dans le monde, responsables de 11.9 % de décès. La cause la plus fréquente est un thrombus. Le traitement actuel comporte la lyse intraveineuse ou intra-artérielle et dans certains cas, la

thrombectomie mécanique. Une des complications du traitement est la transformation hémorragique. Cette complication est difficile à détecter dans les suites immédiates de la thrombectomie mécanique car il existe une rupture de la barrière hémato-

encéphalique avec une extravasation de produit de contraste utilisé pendant le geste, ce contraste, hyperdense au scanner, est impossible à distinguer d’une hémorragie.

Dans notre département, l’installation d’un scanner double-énergie a permis la mise en place d’un protocole pour différencier ce contraste d’une transformation

hémorragique et a également permis une meilleure détection de l’ischémie ce qui ce traduit en un facteur pronostic important.

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Introduction

L’accident vasculaire cérébral (AVC) se définit par un déficit neurologique focal d’une durée ≥ 24 heures attribué à une lésion focale aigue du système nerveux central d’origine vasculaire.¹ La principale cause est l’ischémie dans 80% des cas et

l’hémorragie dans 20% des cas. L’AVC est une cause majeure de handicap et de mortalité. Au niveau mondial, on dénombre environ 15 millions de personnes présentant un AVC par année. Parmi ces 15 millions de personnes, 5 millions décèdent et 5 autres millions présentent un handicap permanent.² Dans les pays industrialisés il s’agit de la première cause de handicap non-traumatique, la deuxième cause de démence et la troisième cause de mortalité après la maladie coronarienne et les cancers. En Suisse, l’incidence du nombre d’AVC est de 16 000 personnes par année.³

Au niveau historique, Hippocrate avait introduit aux environ de 400 av. J.-C. le terme d’apoplexie définissant une atteinte cérébrale aigue non-traumatique.⁴ Le terme anglais « stroke » a été introduit en 1869 par William Cole dans l’essai « A Physico- Medical Essay Concerning the Late Frequencies of Apoplexies ».⁵ Le terme

d’accident ischémique transitoire (AIT) a lui été introduit dans les années 1950 pour définir une dysfonction cérébrale transitoire d’origine vasculaire.

Les AVC se divisent en deux grands groupes à savoir les AVC ischémiques responsables d’environ 80% des AVC et les AVC hémorragiques responsables d’environ 20% des AVC. Les AVC ischémiques comprennent les AVC par infarctus cérébral et les AIT. L’AIT qui correspond à 10% de l’ensemble des AVC ischémiques se caractérise par un bref dysfonctionnement neurologique causé par une ischémie focale cérébrale ou rétinienne dont les symptômes durent typiquement moins d’une heure et jusqu’à maximum 24 heures. L’AIT constitue un signe d’alerte d’une

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récidive ischémique à court terme. Ce risque est maximal durant les 48 premières heures et de l’ordre de 15% à 3 mois.⁶

Les étiologies des AVC ischémiques peuvent être subdivisées en cinq catégories selon leurs origines : cardio-embolique (cardiopathie fonctionnelle type fibrillation

auriculaire ou morphologique type endocardite), artério-artérielle (sténose, embolie ou thrombose à partir d’une plaque d’athérome), cryptogénique, lacunaire et

d’étiologie rare (coagulopathie congénitale ou acquise, hémopathies).⁷

Les AVC hémorragiques se divisent en hémorragies primitivement intracérébrale (15% des AVC) et les hémorragies sous-arachnoidiennes (5% des AVC). Les AVC hémorragiques sont causés par une rupture d’une malformation vasculaire ou d’une petite artère.⁸

Diagnostic

Le diagnostic de l’AVC repose dans un premier temps sur la clinique dans un contexte de déficit neurologique focal. L’anamnèse est effectuée dans le but de déterminer le début des symptômes, leur mode d’installation, la nature des déficits initiaux et leurs évolutions, l’éventuelle présence de symptômes annonciateurs les jours ou semaines précédents, la présence d’un contexte cardio-vasculaire particulier (antécédents personnels, facteurs de risques cardio-vasculaires, traumatisme

cervical).¹

L’examen neurologique est nécessaire pour confirmer la présence d’un déficit neurologique et pour définir le territoire cérébral atteint. L’imagerie cérébrale par scanner cérébral doit être réalisée dans les meilleurs délais et a pour but principal la distinction entre un AVC ischémique et hémorragique pour permettre un traitement

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rapide. Le scanner met en évidence des signes précoces d’ischémie tel que la dédifférenciation substance blanche/substance grise, un effacement des sillons corticaux, un effacement du ruban insulaire (‘insular ribbon sign’) ou présence d’une hyperdensité au sein de l’artère occluse (‘dense artery sign’) témoignant de la

présence d’un thrombus.

Sur le plan historique, le scanner cérébral a été inventé en 1972 par un ingénieur britannique nommé Godfrey Hounsfield du laboratoire EMI en Angleterre et par un physicien sud-Africain Allan Cormack à l’université Tufts dans le Massachussetts aux Etats-Unis. Hounsfield et Cormack ont reçu conjointement le prix Nobel de médecine pour leur contribution scientifique et médicale.⁹ Les premiers scanners utilisés dans un contexte clinique ont été installés entre 1974 et 1976. Les premiers systèmes étaient dédiés à l’imagerie de la tête. Le CT est devenu largement disponible dans les années 1980. L’évolution de la performance des CT a été remarquable. En effet, les premiers CT développés par Hounsfield nécessitait plusieurs heures pour acquérir les données pour une seule coupe tomographique et plusieurs jours pour reconstruire les images d’une même et seule coupe tomographique. Par la suite, le développement des scanners multi-détecteurs a permis une acquisition rapide avec une amélioration de la résolution spatiale et temporelle. Des voxels isotropiques permettent des

reconstructions dans les différents plans et l’imagerie 3D. La perfusion cérébrale dynamique (4D) est maintenant également répandue dans la pratique clinique notamment dans l’étude des AVC.

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Scanner double énergie

L’introduction du scanner double énergie permet des nouvelles indications en neuroradiologie et des nouvelles perspectives. La résonance magnétique reste l’examen de choix pour l’analyse du parenchyme cérébral mais cet examen est d’utilisation limitée dans un contexte d’urgence où le scanner est l’examen de choix en raison de sa disponibilité et rapidité.

Le scanner double énergie permet de caractériser et différencier des structures et substances en raison de leurs différences d’atténuation. En neuroradiologie il existe plusieurs indications ; la soustraction des structures osseuses pour l’analyse des artères et veines, la différentiation d’iode et hémorragie après traitement de l’AVC, et cette technique permet également de diminuer des artéfacts de durcissement liés à des implants en métal en utilisant des kilovoltages plus élevés.

Le scanner double énergie utilise deux kVp différentes, Siemens Healthcare utilise deux tubes différents et GE Healthcare utilise un tube avec des variations rapides du kVp. L’atténuation d’un matériel est différent, par exemple l’iode versus une

hémorragie, et le scanner double énergie permet de les différencier.

Dans le cadre d’un AVC, le scanner double énergie permet de distinguer une

extravasation d’iode d’une hémorragie, une complication redoutable. Des études ont montré une très bonne sensibilité et spécificité de cette technique dans la détection d’une hémorragie. Gupta et al. ont trouvé une sensibilité de 100% et une spécificité de 91% dans un groupe de 15 patients.¹⁰ Phan et al. ont rapporté une sensibilité de 100%

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et une spécificité de 84-100% en fonction de la topographie de l’hémorragie

(parenchymateuse, sous-arachnoïdienne, intra-ventriculaire) dans une population de 40 patients.¹¹

Prise en charge de l’AVC ischémique

En pré-hospitalier en cas de suspicion d’AVC, il convient de mettre en place un monitorage rythmique, de mettre le patient à plat, introduire une oxygénothérapie en cas de SaO2 < 92%, placer deux accès veineux et contrôler la glycémie.¹

Un CT-cérébral doit ensuite être effectué aux urgences afin de déterminer l’absence d’hémorragie cérébrale permettant ainsi de trier le patient. En cas d’absence

de signe scannographique d’hémorragie cérébrale et après évaluation par un médecin neurologue l’indication à une thrombolyse doit être rapidement discutée. Les critères d’inclusion pour une thrombolyse sont les suivants :

- Symptômes présents depuis moins de 4.5 heures pour une thrombolyse intraveineuse

- Symptômes présents depuis moins de 6.0 heures pour une thrombolyse intraartérielle

- National Institute of Health Stroke Score (NIHSS) score ≥ 4 ou hémianopsie ou aphasie

Les principales contre-indications pour une thrombolyse sont : - Hémorragie intracrânienne

- Hémorragie <3 mois avec déficit séquellaire

- TAS > 185 mmHg et/ou TAD 110 mmHg résistants aux traitements

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antihypertenseur

- Coagulapathie ou diathèse hémorragique - Thrombopénie < 100 G/l

La thrombolyse peut être de type intraveineuse, artérielle ou mécanique.

La thrombolyse intraveineuse se réalise en cas de symptômes apparus depuis moins de 4.5 heures et la thrombolyse intra-artérielle en cas de symptômes apparus depuis moins de 6 heures.

La thrombectomie mécanique par une neuroradiologue interventionnel peut se réaliser dans les conditions suivantes :

- Après l’initiation de la thrombolyse intraveineuse chez les patients avec : 1. Âge compris entre 18 et 80 ans

2. AVC ischémique de la circulation antérieure

3. Occlusion artérielle d’un gros tronc proximal confirmée par un angio-CT 4. Déficit neurologique avec score NIHSS ≥ 2

En cas de contre-indication à la thrombolyse intraveineuse les patients bénéficient d’une thrombectomie mécanique en première intention dans les plus brefs délais.

En raison du risque de transformation hémorragique en lien avec le traitement des AVC ischémique une imagerie de contrôle par CT ou IRM cérébrale est indiquée à 24 heures ou en urgence en cas de péjoration neurologique.

La prise en charge de l’AVC ischémique comprend également la correction des facteurs de risque cardio-vasculaires tel que hypertension artérielle et

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hypercholestérolémie. L’introduction d’une anti-aggrégation plaquettaire en cas d’absence d’indication à une anti-coagulation, une anti-coagulation en cas de

cardiopathie emboligène tel que fibrillation auriculaire, ou une chirurgie carotidienne en présence d’une sténose carotidienne symptomatique > 70%.

Au long cours il convient de rechercher et traiter les complications telles que les récidives, la dépression post-AVC, la démence post-AVC, la persistance d’un handicap moteur, la spasticité ou l’épilepsie vasculaire.¹

Complications hémorragiques

La transformation hémorragique est une complication liée au traitement des accidents vasculaires cérébraux ischémiques : 15 % dans l’étude PROACT 2 (Prolyse in Acute Cerebral Thromboembolism 2) et 6.4 % dans l’étude NINDS.^12-15 Lors de la

thrombectomie mécanique, du produit de contraste iodé est utilisé pour visualiser les artères endocrâniennes. La rupture de la barrière hémato-encéphalique au sein de la lésion ischémique permet une extravasation de ce contraste visible sur le scanner sous forme d’une hyperdensité. Il est primordial de différencier ce contraste d’une

transformation hémorragique, également hyperdense. Avant le scanner double-énergie il était impossible de faire cette distinction sans avoir recours à la résonance

magnétique, examen long et plus difficile à effectuer dans un contexte d’urgence. Le scanner double-énergie permet cette différenciation, comme démontrée par plusieurs groupes. ^{16, 17} La détection des transformations hémorragies permet d’adapter le traitement d’anticoagulation, essentiel pour ces patients.

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La résonance magnétique est plus sensible et spécifique dans la détection des complications hémorragiques mais cet examen a des limitations. L’examen est plus long, moins accessible, ne peut pas être utilisé chez certains patients (porteurs de pacemakers, prothèses) et reste un examen difficile à effectuer chez des patients avec un appareillage médical conséquent.

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Discussion

Au sein des Hôpitaux Universitaires de Genève, nous avons mis en place un protocole où chaque patient bénéficie d’un scanner double-énergie 24 heures après la

thrombectomie mécanique pour une détection précoce de l’étendue finale des lésions ischémiques et pour la détection des transformations hémorragiques. L’examen est effectué sur un scanner Siemens Somatom Definition Flash, Erlangen, Allemagne.

Les paramètres techniques utilisés sont ; pitch 0.7, épaisseur de coupe 1.5 mm, incrément de reconstruction de 0.7 mm avec une dose moyenne de 61.84 mGy de CTDI. Le scanner est effectué sans injection de produit de contraste. L’acquisition utilise deux tubes à rayons-X avec un voltage de 80 et 140 kV (Figure 1).

Figure 1

Trois images sont obtenues, une image à 80 kV, une image à 140 kV est une image moyenne (NCCT) avec un facteur de pondération de 0.4 (40% de l’image de 80 kV et

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60% de l’image de 140 kV). Un algorithme est utilisé par la suite sur une station Siemens Syngo MMWP VE50A pour virtuellement soustraire l’iode de l’image (VNC) (Figure 2).

Figure 2

Dans notre étude rétrospective nous avons inclus 58 patients sur une durée de deux ans, 27 femmes et 31 hommes avec un âge moyen de 70.4 ans (33-91ans). Le traitement de l’AVC ischémique était la thrombectomie mécanique de l’artère cérébrale moyenne avec un scanner double-énergie de contrôle à 24 heures après le geste. L’analyse comporte deux axes ; la détection de l’hémorragie et la détection de l’ischémie.

L’analyse des images était fait par deux neuroradiologues et une radiologue générale en double aveugle. Le territoire de l’artère cérébrale moyenne était divisé en 10

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secteurs en utilisant le schéma ASPECTS (Alberta Stroke Program Early CT score) (Figure 3).

Figure 3

Nous avons attribué un score pour l’ischémie et un score pour l’hémorragie pour chaque secteur. Le gold standard était la résonance magnétique où le cas échéant un scanner de suivi.

L’imagerie double-énergie a permis une meilleure détection statistiquement significative des lésions ischémiques et des lésions hémorragiques.

Figure 4

AVC ischémique du territoire sylvien gauche. a) Image moyenne NCCT ne montre pas de lésion ischémique. Il existe des petites hyperdensités notamment de la capsule interne gauche

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pouvant correspondre à une hémorragie ou du contraste iodé. b) Image après soustraction d’iode VNC montre l’absence d’hémorragie, pas d’hyperdensité résiduelle après soustraction d’iode. Il existe une lésion ischémique étendue hypodense (flèches).

Figure 5

AVC ischémique du territoire sylvien gauche. a) Image moyenne NCCT ne montre pas de lésion ischémique. Aspect hétérogène de l’insula, des ganglions de la base, fronto-basal et temporal gauche. b) Image VNC ne montre pas d’hémorragie mais montre une lésion ischémique étendue hypodense du territoire sylvien profond et superficiel. c) La lésion ischémique est confirmée par résonance magnétique, lésion en hypersignal en pondération T2.

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Conclusion

Notre étude a démontré une supériorité par rapport au CT standard dans la détection des lésions ischémiques avec l’utilisation du scanner double-énergie. Une première explication est l’extravasation diffuse de contraste dans le territoire ischémique en raison d’une augmentation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique. La présence d’iode augmente la densité de la région d’ischémie et peut la masquer. La deuxième explication est la diminution du bruit de l’image par un filtre de réduction de bruit utilisé dans l’algorithme de génération des images VNC. La présence d’iode macroscopique peut également masquer une ischémie, l’image VNC soustrait l’iode est permet une meilleure visualisation des lésions.

Notre étude a également montré la pertinence du scanner double-énergie dans la différentiation entre une transformation hémorragique et une extravasation de contraste. Nos résultats sont similaires à ceux obtenus par d’autres groupes (8, 9, 10).^{10, 18, 19} Le diagnostic précoce des transformations hémorragiques par une modalité d’imagerie robuste et rapide permet l’adaptation du traitement rapidement.

L’alternative, la résonance magnétique, a plusieurs désavantages ; un coût supérieur, un temps d’examen supérieur, et la contre-indication chez des patients porteurs de pacemakers.

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ORIGINAL RESEARCH

Diagnosis of acute ischemia using dual energy CT after mechanical thrombectomy

Joanna Gariani,¹ Victor Cuvinciuc,² Delphine Courvoisier,³ Bernhard Krauss,⁴ Vitor Mendes Pereira,² Roman Sztajzel,⁵ Karl-Olof Lovblad,² Maria Isabel Vargas²

1Department of Radiology, Geneva University Hospitals, Geneva, Switzerland

2Department of Neuroradiology, Geneva University Hospitals, Geneva, Switzerland

3Department of Clinical Epidemiology, Department of Health and Community Medicine, Geneva University Hospitals, Geneva, Switzerland

4Siemens AG, Healthcare Sector, Forchheim, Germany

5Department of Neurology, Geneva University Hospitals, Geneva, Switzerland Correspondence to Dr J Gariani,

Department of Radiology, Geneva University Hospitals, Rue Gabrielle-Perret-Gentil 4, 1211 Geneva 14, Switzerland;

joanna.gariani@hcuge.ch Received 29 July 2015 Revised 6 October 2015 Accepted 12 October 2015

To cite:Gariani J, Cuvinciuc V, Courvoisier D, et al.J NeuroIntervent Surg Published Online First:

ABSTRACT

Background and purpose To assess the performance of dual energy unenhanced CT in the detection of acute ischemia after mechanical thrombectomy.

Methods Retrospective study, approved by the local institutional review board, including all patients that underwent intra-arterial thrombectomy in our institution over a period of 2 years. The presence of acute ischemia and hemorrhage was evaluated by three readers.

Sensitivity and speciﬁcity of the non-contrast CT weighted sum image (NCCT) and the virtual non- contrast reconstructed image (VNC) were estimated and compared using generalized estimating equations to account for the non-independence of regions in each patient.

Results 58 patients (27 women and 31 men; mean age 70.4 years) were included in the study, yielding 580 regions of interest. Sensitivity and specificity in detecting acute ischemia were higher for all readers when using VNC, with a significant increase in sensitivity for two readers ( p<0.001 and 0.01) and a significant increase in specificity in one reader ( p<0.001). Specificity in detecting hemorrhage was excellent for all readers.

Conclusions Dual energy unenhanced CT VNC images were superior in the identiﬁcation of acute ischemia in comparison with NCCT.

INTRODUCTION

Ischemic stroke is the ﬁrst cause of morbidity in Europe and the second cause of mortality world- wide, responsible for 11.9% of deaths.¹The most common cause of ischemic stroke is thrombo- embolic disease. The mortality rate after stroke is 20%, with a high morbidity as an estimated 50%

of survivors are disabled after the ﬁrst year. Rapid radiological assessment based on CT or MRI is important in the diagnosis and management of these patients in an emergency setting, and is key to improving outcome. Current treatment relies on intravenous^2–4or intra-arterial thrombolysis, and in certain situations mechanical thrombectomy. The detection and diagnosis of the extent of ischemic lesions provide clinicians with a prognostic factor and play an essential role in treatment and follow-up. Symptomatic hemorrhage (ie, with neurological deﬁcits) is a frequent complication after treatment: 15% in the Prolyse in Acute Cerebral Thromboembolism 2 (PROACT 2) report and 6.4% in the National Institute of Neurological

treatment by mechanical thrombectomy with dual energy CT has been demonstrated by various groups.^{6 7} Hemorrhage and contrast extravasation are often difﬁcult or impossible to distinguish by standard CT. This differentiation is very important in order to adapt anticoagulant therapy, a corner- stone of treatment in these patients. Dual energy CT is able to make this differentiation on a single scan performed 24 h after thrombectomy.

Hemorrhage presents as persistent high attenuation after virtual iodine removal on the virtual non- contrast reconstructed image (VNC), thus decreas- ing the need for follow-up CT examinations and radiation exposure to patients and allowing rapid treatment.

As dual energy is used in this patient population after mechanical thrombectomy to identify acute hemorrhagic complications, the goal of our study was to assess this tool in the diagnosis of acute ischemia. The principle of dual energy CT is the acquisition of two datasets with two different voltage values of 80 and 140 kV.⁸The absorption of X-rays is energy dependent, and the acquisition of two different datasets with different attenuation levels allows the identiﬁcation of iodine, which can then be subtracted using post-processing software, producing a VNC image.⁹ Images obtained at 80 kV provide an increased contrast to noise ratio, but also have increased noise in comparison with a higher voltage scan.¹⁰Dual energy acquisition over- comes this problem by fusion of 80 kV images with 140 kV images, which have decreased noise.¹¹ A weighted sum of the two images is then used to obtain a non-contrast CT weighted sum image (NCCT). The NCCT images undergo post- processing in order to obtain the VNC images.^{12 13}

The purpose of our study was to determine if acute ischemia was more readily recognized on VNC than on NCCT in patients after mechanical thrombectomy.

METHODS

This was a retrospective study approved by the hospital ethics committee including all patients that underwent intra-arterial thrombectomy in our department over a period of 2 years. In total, 58 patients were included, 27 women and 31 men, with an average age of 70.4 years (range 33–91 years).

Patients underwent mechanical thrombectomy of

Ischemic stroke

group.bmj.com on January 29, 2016 - Published by

http://jnis.bmj.com/

Downloaded from

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source scanner (Somatom Definition Flash Siemens, Erlangen, Germany). Scan parameters included a pitch of 0.7, slice thickness of 1.5 mm, reconstruction increment of 0.7 mm, and an average dose CTDI value of 61.84 mGy. Unenhanced CT imaging was performed in a dual energy acquisition with two X-ray tubes operated at 80 and Sn140 kV, where ‘Sn’ denotes the use of an additional tinfilter that increases the mean photon energy of the respective spectrum. Three sets of images are obtained: an 80 kV image, an Sn140 kV image, and an NCCT image (figure 1). NCCT data had a weighting factor of 0.4 (40% from the 80 kV image and 60% from the 140 kV image).

NCCT images underwent computer software post-processing using dual energy brain hemorrhage evaluation software on a Siemens Syngo MMWP VE50A workstation to virtually remove iodine contrast using a three material decomposition (brain parenchyma, hemorrhage, iodine) method producing a VNC image set and an iodine overlay image.¹²Slice thickness of the VNC image was 3 mm. Removal of the iodine content from each voxel allows discrimination between iodine contrast material extravasation and hemorrhage. Although this was not the primary purpose of our study, this was also evaluated.

Theﬁnal conﬁrmation of acute ischemia was determined by follow-up conventional non-enhanced CT, MRI, or both, performed within the following week.

Image analysis

Image analysis for the detection of acute ischemia was performed by two neuroradiologists with 8 and 12 years of experience and a resident with 5 years of experience in general radiology. The middle cerebral artery territory was divided into 10 zones using the ASPECTS (Alberta Stroke Program Early CT score) study form. Each of the 10 zones were analyzed independently by each reader for the presence or absence of acute ischemia and were assigned a score from 0 to 3 depending on the certainty of acute ischemia (0=no ischemia, 1=probably no ischemia, 2=probable ischemia, 3=ischemia). This analysis was performed for the NCCT and the reconstructed VNC images with a reading interval of at least 3 weeks for each reader. Readers were blinded. The gold standard in the detection of ischemic lesions was the follow-up MRI or CT using the ASPECTS study form. The follow-up imaging was performed within the following week.

Discrimination of hemorrhage from contrast material extravasation was also performed. Areas of hyperattenuation on the VNC images were considered as positive for the presence of

hemorrhage. This was compared with the follow-up CT scans or with T2* weighted images if an MRI was available and classiﬁ- cation was binary ( presence or absence of hemorrhage).

Statistical analysis

The score for the presence or absence of acute ischemia (from 0 to 3) was dichotomized into no ischemia (0), probably no ischemia (1) versus probably ischemia (2) and ischemia (3).

These conﬁdence scores were then used to compute inter-rater agreement between dyads of readers (a couple of readers), using Cohen’sκ.¹⁴They were also used to estimate the sensitivity and speciﬁcity of the NCCT and VNC images using generalized estimating equations to account for the fact that each patient contributed 10 regions, and regions within a patient are correlated.¹⁵

RESULTS

True ischemic lesions (gold standard) were assessed by MRI in 34 (58.6%) patients, and with follow-up CT in 24 (41.4%).

Inter-rater agreement was higher for all dyads of readers with the VNC technique (κs=0.51, 0.47, 0.60) than with the NCCT technique (κs=0.43, 0.43, 0.58), although all κs values were acceptable.

Of the 580 regions assessed, 373 (64.3%) showed an ischemic lesion based on the gold standard. The sensitivity of VNC was superior for all readers, with a significant difference in two readers (p<0.001 and 0.01). Specificity was also improved for all readers with a significant increase in one reader (p<0.001) (table 1). VNC allowed improved detection of acute ischemia in our patients, as shown in thesefive representative cases (figures 1–5).

We also examined the ability of the VNC images to identify hemorrhagic transformation after intra-arterial thrombectomy.

Three patients were excluded as they developed bleeding in the interval between the VNC and gold standard examination. Of the remaining 550 regions, 95 (17.2%) showed hemorrhage according to the gold standard, and 455 regions (82.8%) showed no bleeding. Speciﬁcity was very high, with all readers able to rule out hemorrhage more than 95% of the time (table 1). This discrepancy with the gold standard can be explained by the greater sensitivity of T2* MRI in the detection of very small bleeds.

DISCUSSION

Our study aimed to analyze dual energy CT in the identiﬁcation of acute ischemia. We were able to show that VNC was superior

Figure 1 Right Sylvian artery stroke.

(A) Non-contrast CT weighted sum image with diffuse high attenuation and heterogeneous appearance of the right basal ganglia, inferior frontal, and temporo-occipital lobes. (B) After virtual iodine removal, the virtual non-contrast reconstructed image clearly shows the extent of the ischemic lesion (arrows) as low attenuation with no hemorrhagic transformation.

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to NCCT in the recognition of acute ischemia in our patient group, with a statistically signiﬁcant difference for two readers and a positive trend for the third reader. Similarly, in the recognition of normal brain parenchyma, both images had very high accuracy scores but the VNC technique was superior. Thus the improvement in sensitivity was not at the cost of a decrease in

speciﬁcity. To the best of our knowledge, the superiority of VNC in depicting acute ischemia has not been published before.

There are different possible explanations for the superiority of VNC. Firstly, there is diffuse extravasation of iodine in the ischemic brain, due to increased permeability of the blood–brain barrier (BBB). This interstitial iodine diffusely increases the density of the acutely ischemic brain on NCCT, making identiﬁ- cation of acute ischemia very difﬁcult. VNC images virtually eliminate most of the intravascular and interstitial iodine, there- fore better depicting the area of low attenuation ischemic brain.

An extreme situation arises in cases of marked disruption of the BBB, with contrast staining or hemorrhage, that are readily visible on NCCT as high attenuation areas. Differentiation of blood from contrast media in this situation is also possible with VNC. Numerous studies have shown that the risk of hemorrhagic transformation is higher in patients with an abnormal BBB permeability after acute ischemic stroke.¹⁶^–¹⁸ In our series of patients, we could not evaluate the degree of permeability of the BBB because perfusion CT at admission was performed according to theﬁrst pass technique, without delayed acquisition.^{19 20}

Secondly, decreased image noise due to a noise reductionﬁlter in the VNC calculation algorithm may account for better image quality.

Table 1 Sensitivity and specificity of NCCT and VNC images for all readers

Sensitivity Specificity

NCCT VNC p Value NCCT VNC p Value

Acute ischemia

Reader 1 0.80 0.88 <0.001 0.83 0.91 <0.001

Reader 2 0.55 0.64 0.01 0.89 0.94 0.11

Reader 3 0.51 0.54 0.29 0.96 0.96 1.00

Hemorrhage

Reader 1 0.78 1.00

Reader 2 0.59 0.95

Reader 3 0.36 0.98

NCCT, non-contrast CT weighted sum image; VNC, virtual non-contrast reconstructed image.

Figure 2 Left Sylvian artery stroke.

(A) Non-contrast CT weighted sum image does not show acute ischemia.

There is some hyperdensity of the genu of the left internal capsule that could be mistaken for a small hemorrhage. (B) Virtual non-contrast reconstructed image shows no hemorrhagic transformation. An extensive ischemic lesion is seen (arrows) and a very small lesion of the anterior limb of the internal capsule (asterisk).

Figure 3 Left Sylvian artery stroke.

(A) Non-contrast CT weighted sum image shows a small anterior temporal hyperdensity that could indicate a small hemorrhage or contrast staining.

Acute ischemia is not easily identiﬁed but an area of slightly low attenuation in the temporal lobe is seen. (B) Virtual non-contrast reconstructed image shows that the small hyperdensity corresponds to a hemorrhagic transformation (arrowhead). Acute ischemia of the temporal lobe is now easily identiﬁed as an extensive low attenuation extending to the occipital lobe

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Thirdly, iodine staining can hinder the detection of ischemia, which is overcome by the virtual removal of iodine in VNC images.

Finally, while differentiation between gray and white matter is usually poor on VNC images due to their different chemical composition, in principle it can be expected that the water-like attenuation induced by edema will be preserved on the VNC.

In addition, the improved visibility of acute ischemic lesions substantially changed the assessment of the affected brain volume, so that the VNC may allow for a better understanding of the clinical condition and patient outcome.

We were able to show that dual energy CT can be used to differentiate blood from contrast extravasation in patients with acute ischemic stroke after thrombectomy in the vast majority of cases. These results are similar to those found by other groups

for this indication.^{11 13 21}Rapid assessment regarding the presence or absence of hemorrhage not only allows clinicians to adapt treatment accordingly without delay but the fact that this essential question can be answered with one single CT indicates that fewer follow-up examinations will be needed and performed in these patients.²²The alternative was the use of MRI, which has various disadvantages, including a higher cost, lengthy examination times, and contraindications in patients with cardiac pacemakers or metallic implants. This allows adaptation of antithrombotic medication in this patient group.

Limitations of the study include a retrospective design.

Another limitation of our study relates to the fact that follow-up MRI was not performed as the follow-up imaging in all patients.

A minority underwent follow-up conventional CT, with MRI Figure 4 Right Sylvian artery stroke. (A) Non-contrast CT weighted sum image shows no abnormal zones of high attenuation. No acute ischemia is seen. (B) Virtual non-contrast reconstructed image shows low attenuation in the insula and temporal lobe (arrows) corresponding to acute ischemia. (C) Follow-up MRI T2 weighted spin echo image conﬁrms theﬁndings.

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being more sensitive for the detection of both ischemia and hemorrhage. Lastly, despite the promising results of our study, this technology is not yet available in all centers.

CONCLUSIONS

Dual energy unenhanced CT VNC images allow better detection of acute ischemia than NCCT. To our knowledge, this has never been described previously. Dual energy CT is able to differentiate between hemorrhage and contrast extravasation after mechanical intra-arterial thrombectomy, allowing the instauration of antithrombotic/anticoagulation medication without delay.

Contributors All authors made substantial contributions to the conception and design, acquisition of the data, or analysis and interpretation of the data. JG drafted the manuscript and critically revised the manuscript for important intellectual content.

K-OL assisted in critically revising the manuscript. MIV and BK helped to draft the manuscript. DC contributed to the statistical analysis of the data. VC and MIV assisted with the data collection and analysis. VMP and RS critically reviewed the important intellectual content. All authors read and approved theﬁnal manuscript.

Competing interests BK is an employee of Siemens AG, Healthcare.

Ethics approval The study was approved by the hospital ethics committee.

Provenance and peer reviewNot commissioned; externally peer reviewed.

Data sharing statement The authors are willing to share spreadsheets from their data extraction on request.

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energy CT after mechanical thrombectomy Diagnosis of acute ischemia using dual

Isabel Vargas

Vitor Mendes Pereira, Roman Sztajzel, Karl-Olof Lovblad and Maria Joanna Gariani, Victor Cuvinciuc, Delphine Courvoisier, Bernhard Krauss,

published online November 3, 2015 J NeuroIntervent Surg

8

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