Importance of CT scans in acute and subacute ischemic stroke

MUDr. Jiří Král, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Úvod: Zobrazovací metody hrají nezastupitelnou úlohu v diagnostice cévní mozkové příhody. Užití multimodalitního zobrazení (zobrazení mozkového parenchymu, zobrazení přívodných krčních a mozkových tepen, eventuelně perfuzní zobrazení mozku) je nezbytné pro kvalitní péči a management akutního mozkového infarktu. Disertační práce je tvořena kapitolou „Úvod“, pojednávající obecně o neurozobrazení akutního mozkového infarktu (nativní CT mozku, CTA, CTP). Následuje automatická analýza nativního CT vyšetření jak časných ischemických změn, tak i objemu definitivní ischemie pomocí softwarového hodnocení. Následují radiologické faktory ovlivňující klinický outcome včetně hodnocení kolaterál. Dále již následují vlastní práce, která sestává z komentovaných původních prací autora (2x 1. autor, 2x spoluautor). Metody: Publikační práce č. 1: Shoda v hodnocení časných ischemických změn pomocí ASPECT skóre mezi neurologem a intervenčním neuroradiologem u pacientů s akutní mozkovou ischemií (retrospektivní analýza kohorty pacientů KCC FN Ostrava; použita multivariantní logistická regrese, stanovení vážené kappa, práce byla zaměřena na hodnocení ASPECT skore mezi všeobecným neurologem a intervenčním radiologem). Publikační práce č. 2 : Inter-rater Variability for Evaluation of Intracranial Arterial Occlusion using Computed Tomography Angiography between a Neurologist and Neuroradiologist in Acute Stroke Patients (retrospektivní analýza kohorty pacientů KCC FN Ostrava; použita multivariantní logistická regrese, stanovení vážené kappa, práce byla zaměřena na hodnocení lokalizace okluze intrakraniálních tepen mezi všeobecným neurologem a intervenčním radiologem). Publikační práce č. 3: Correlation of Ischemic Lesion Volume on Follow-up Non-contrast Computed Tomography and Diffusion Weighted Imaging in Patients with Anterior Circulation Stroke – clinical utility of Brainomix software (prospektivní analýza kohorty pacientů KCC FN Ostrava, použita multivariantní logistická regrese, práce se zabývala hodnocením finální ischemie u pacientů s LVO stroke po mechanické rekanalizační terapii na NCCT software Brainomix a na DWI skenech MR mozku zkušeným radiologem). Publikační práce č. 4: Variability Assessment of Manual segmentation of 24-h Infarct Volume on MRI Diffusion Weight Imaging. Výsledky: V práci č.1 jsme hodnotili schopnost správného zhodnocení rozsahu časných ischémických změn mezi neurologem sloužícím ústavní pohotovnostní služby a intervenčním neuroradiologem na nativním CT mozku u pacientů s iCMP v přední mozkové cirkulaci přijatých do KCC FN Ostrava od dubna do října 2015, do 12 hodin od vzniku iCMP. Absolutní shoda v hodnocení ASPECT skore byla 64%, kappa 0,19 (mírná shoda), shoda na 1-2 body v hodnocní ASPECTS byla 90%, kappa 0,19 (mírná shoda) a shoda na 1-6 a 7-10 bodů v hodnocení ASPECTS byla 94%, kappa 0,40 (slabá shoda). Ve sporných případech docházelo především k podhodnocování přítomnosti časných ischémických změn ze strany neurologa v oblasti bazálních ganglií (oblasti C, I, L, IC), avšak dichotomizovaná shoda v hodnocení ASPECTS 1-6 a 7-10 použitelná pro indikaci intervenčního výkonu byla 94%. Při druhém čtení bylo zjištěno, že neurolog v naší práci podhodnocoval přítomnost ČIZ v oblasti bazálních ganglií, oblast M2, M3, M4. V práci č. 2 jsme hodnotili shodu v hodnocení okluze intrakraniálních tepen mezi všeobecným neurologem a intervenčním radiologem, která byla následující: M1 segment ACM 77% (kappa 0,61), M2 ACM 77% (kappa 0,48), ACI 92% (kappa 0,84), T okluze 90% (kappa 0,33), P1-2 ACP 98% (kappa 0,97), AB 96% (kappa 0,92) a V4 segment AV 88% (kappa 0,48) – shoda v hodnocení okluzí intrakraniálních tepen byla velmi silná, pouze shoda v hodnocení AV byla st

Abstract:

řední a T okluzí byla slabá. Vzhledem k nízké incidenci okluzí ve vertebrobazilárním povodí a častější okluzi v karotickém povodí bylo provedeno druhé čtení neshod v karotickém povodí. V rámci druhého čtení bylo zjištěno, že vždy byla vyhodnocena okluze v karotickém povodí, jen se lišila správná lokalizace okluze-např. T okluze vs. M1 ACM, intrakraniální ACI vs. T okluze, M1 vs. M2 okluze ACM. V práci č. 3 a 4 jsme prokázali vysokou spolehlivost měření objemu definitivní mozkové ischemie 24-36 hodin po MT pomocí automatického software Brainomix Ltd., v této prospektivní studii jsme prokázali vysokou korelaci mezi automatickým softwarem, měřícím objem definitivní ischemie na CT a objemem ischemie na DWI MRI, který byl měřen dvěma erudovanými intervenčními radiology. Potvrdili jsme také prediktivní význam velikosti finální ischemie na výsledný klinický stav, hodnocený škálou mRS 3 měsíce po CMP. Závěr: Další trénink ASPECTS skore je nutný, obzvláště v situaci, kdy je iktová péče v iktových a komplexních cerebrovaskuárních centrech poskytována nepřetržitě v režimu 24/7/365 dnů v roce. Stále je tedy hodnocení rozsahu časných ischémických změn velmi závislé na erudici a zkušenostech hodnotícího lékaře, vhodné úpravě CT okna apod., Dle našich výsledků řadový neurolog, sloužící ústavní pohotovnostní službu není schopen spolehlivě vyhodnotit časné ischemické změny na nativním CT vyšetření mozku u pacientů s akutní CMP. Automatické softwary vyhodnocující e-ASPECTS mohou být nápomocny v rutinní praxi, ve sporných případech mají stále poslední slovo radiologové/neuroradiologové. Jejich nepřítomnost na pracovišti je možno překonat pomocí telemedicíny. Tento postup konzultace ale znamená prodloužení času k rekanalizační léčbě. Dalé jsme ověřili, že neurolog s klinickou praxí v iktové medicíně v rámci ústavní pohotovostní služby je schopen správně diagnostikovat okluzi velké cévy při CTA vyšetření. Tato skutečnost může zrychlit indikaci k MT u pacientů s LVO CMP, zrychlit aktivitaci endovaskulárního týmu a zkrátit door to groin time (DGT). ILV v kombinaci s lokalizací léze se jeví jako vhodný radiologický parametr do rutinní klinické praxe pro predikci výsledného klinického stavu u pacientů s LVO stroke, vedle hodnocení úspěšnosti rekanalizační terapie pomocí mTICI skóre.

Abstract:

Introduction: Imaging methods play an irreplaceable role in the diagnosis of stroke. The use of multimodal imaging (imaging of the cerebral parenchyma, imaging of the cerebral arteries, and perfusion imaging) is essential for diagnosis and management of stroke. This Ph.D. thesis consists of four papers regarding computed tomography (CT) imaging in acute and subacuate ischemic stroke. Methods: Publication No. 1: The level of agreement in the Evaluation of Early Ischemic Changes Using ASPECT Score between a Neurologist and an Interventional Neuroradiologist in Patients with Acute Cerebral Ischemia – a retrospective analysis of patient cohort at Comprehensive stroke centre in Ostrava. Publication No. 2: Inter-rater Variability for Evaluation of Intracranial Arterial Occlusion using Computed Tomography Angiography between a Neurologist and Neuroradiologist in Acute Stroke Patients. Paper evaluates the agreement of the location of intracranial artery occlusion between a general neurologist and an interventional radiologist. Publication No. 3: Correlation of Ischemic Lesion Volume on Follow-up Non-contrast Computed Tomography and Diffusion Weighted Imaging in Patients with Anterior Circulation Stroke - clinical utility of Brainomix software. A prospective single centre study focused on the level of agreement in the evaluation of definitive cerebral ischemia volume (ILV). Publication No. 4: Variability Assessment of Manual Segmentation of 24-h Infarct Volume on MRI Diffusion Weight Imaging - Three users manually segmented DWI infarct volumes slice by slice twice. Reference standard of the DWI infarct volume was generated by the STAPLE algorithm. Intra- and inter-rater reliability were spatially and volumetrically evaluated by comparing manual segmentations with the reference standard, using metrics of the Dice similarity coefficient (DSC), intraclass correlation coefficient (ICC), and lesion volume. Results: Publication No. 1: Absolute agreement in ASPECT score was 64%, unweighted Kappa index 0.19, 95% CI: 0.063-0.316. Agreement to 1-2 points in ASPECT score rating: 90%, unweighted Kappa index 0.19, 95% CI: 0.133-0.220. Agreement to 1-6 and 7-10 points in ASPECT score rating: 94%, unweighted Kappa index 0.40, 95% CI: 0.076-0.731. Publication No. 2: The agreement between the neuroradiologist and neurologists in evaluation of intracranial artery occlusion was as follows: occlusion of middle cerebral artery segment M1: observers agreement 77%, kappa (κ) = 0.61, MCA M2: agreement 77%, κ 0.48; internal carotid artery: 92%, κ 0.84; T-occlusion: 90.0%, κ 0.33; posterior cerebral artery segments P1 and P2: 98%, κ 0.97; basilar artery: 96%, κ 0.92, vertebral artery segment V4: 88%, κ 0.48. Publication No. 3: Follow-up Brainomix ILV was 23 ml (interquartile range [IQR], 15-39 ml) and manually measured DWI ILV was 11.5 ml (IQR, 7-32 ml) in the TICI 2b-3 group. In the TICI 0-2a, the NCCT ILV was 39 ml (IQR, 18-62 ml), and DWI ILV was 30 (IQR, 11-105 ml). The Spearman correlation coefficient was R=0.88, p < 0.001. Publication No. 4: Among three users, the mean DSC for all MRI-DWI infarct volume segmentations ranged from 80.6±11.7% to 88.6±7.5%, and the mean absolute volume difference were 2.8±6.8 mL to 13.0±14.0 mL. Inter-rater ICC among the three users for DSC and infarct volume were 0.86 [95%CI:0.78-0.91] and 0.997 [95%CI:0.995-0.998]. Intra-rater ICC for the three users were 0.83 [95%CI:0.69-0.93], 0.84 [95%CI:0.72-0.91], and 0.80 [95%CI:0.64-0.89] for DSC, respectively, and 0.99 [95%CI:0.987-0.996], 0.991 [95%CI:0.983-0.995], and 0.996 [95%CI:0.993-0.998] for infarct volume, respectively. Conclusion: A slight to fair agreement in assessing the extent of early ischemic changes between the neurologist and the interventional neuroradiologist using ASPECS score was found in the first publication. In the second publication inter-rater agreement of CTA evaluation of occlusion between the neurologists and neuroradiologist was very st

Abstract:

rong. The ability of trained neurologists to read an intracranial large vessel occlusion correctly may improve door to needle (to groin ) times in acute stroke. In the third publication we found a strong correlation between the automatic measurement (Brainomix software) and DWI-MRI measurement of ILV. We concluded that NCCT ILV measured automatically by Brainomix software might be considered as a valuable radiological outcome measure. In the fourth publication we concluded that manual segmentation of infarct volume on follow-up DWI-MRI shows excellent repeatability and good spatial overlap with standard reference, suggesting its usefulness for measuring infarct volume on 24-32-hour DWI-MRI.

Keywords

Stroke, CT, ASPECTS, e-ASPECTS, ischemic lesion volume

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 9. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 17. 12. 2020
• Supervisor: doc. MUDr. Michal Bar, Ph.D.
• Reader: doc. MUDr. Daniel Šaňák, Ph.D., MUDr. Ondřej Škoda, Ph.D., FESO, prof. MUDr. Antonín Krajina, CSc.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Neurosciences / Neurology