Das Zeitfenster für eine reperfundierende Therapie nach ischämischen Schlaganfall beträgt für die intravenöse Thrombolyse zurzeit 4,5 Stunden und für die Thrombektomie 6 Stunden nach Symptombeginn. Da die Penumbra als infarktbedrohtes aber noch zu rettendes Gewebe nach ischämischen Schlaganfall das Ziel reperfundierender Therapien darstellt und bis zu 48 Stunden nachweisbar ist, bildet die exakte Darstellung des Penumbragewebes die Grundlage der Therapieentscheidung außerhalb der etablierten Zeitfenster. Der Goldstandart zur Detektion der Penumbra ist die Untersuchung mittels 15-O Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Bildgebung, welche jedoch in der klinischen Routine aufgrund ihrer komplexen Logistik keine Anwendung findet. Als Surrogat der Penumbra im PET hat sich das Mismatchareal zwischen perfusionsgewichteter (PWI) und diffusionsgewichteter (DWI) Messungen im MRT etabliert. Daher wurden in dieser Arbeit zur Optimierung des PWI-DWI Mismatch Konzeptes im MRT bei 10 Patienten mit akutem ischämischen Schlaganfall, die Grenzwerte der etablierten dekonvolierten PWI Parameter cerebraler Blutfluss (CBF), cerebrales Blutvolumen (CBV), mean transit time (MTT) und time to maximum (Tmax) hinsichtlich ihrer Penumbradetektion anhand des Goldstandards, der vollquantitativen 15-O PET Messungen validiert. Alle Patienten erhielten innerhalb von 48 Stunden (Median 10 Stunden [Interquartilsabstand (IQR) 4-35]) nach Symptombeginn komparative bildgebende Untersuchungen mittels PWI-DWI MRT und konsekutiver vollquantitativer 15-O PET. Die Penumbra im PET wurde dabei durch die validierten 15-O PET Grenzwerte CBF <20 ml/100g/min bei gleichzeitiger Erhöhung der Sauerstoffextraktionsrate (OEF) auf OEF > mittlere OEF der kontralateralen Seite + 2 Standardabweichungen und der Sauerstoffmetabolisierungsrate (CMRO2) mit CMRO2 >64 µmol/100g/min (entspricht >1,5 ml/100g/min) definiert. Um die dekonvolierten PWI Parameter zu validieren wurde im Anschluss für jeden Patienten und jeden Parameter eine voxelbasierte “Receiver-Operating-Characteristic” ( ROC) Kurvenanalyse durchgeführt. Aus den ROC Kurvenanalysen ließ sich die grenzwertunabhängige Performance der dekonvolierten PWI Parameter anhand der “Area Under the Curve” (AUC), sowie der optimale obere Penumbragrenzwert anhand des “Equal Sensitivity and Specificity Thresholds” (ESST) bestimmen. Es konnte gezeigt werden, dass Tmax der beste (p<0,05) dekonvolierte PWI Parameter ist, welcher grenzwertunabhängig den oberen Penumbragrenzwert bis 48 Stunden nach Symptomgeginn detektieren kann (Median AUC 0,88 ; IQR 0,78-0.91). Der optimale obere Penumbragrenzwert (ESST), welcher die Penumbra von der benignen Oligämie abgrenzt beträgt für den besten dekonvolierten PWI Parameter Tmax >5,6 Sekunden (Konfidenzintervall [CI] 4,4-6,1) mit einer Sensitivität von 81% (IQR 70-83) und Spezifität von 81% (IQR 71-83). Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten dazu beitragen für ausgewählte Patienten mit akutem ischämischem Schlaganfall eine reperfundierende Therapie außerhalb der aktuellen therapeutischen Zeitfenster zu ermöglichen.
In acute ischemic Stroke the current time window for reperfusion therapy is 4,5 hours for intravenous thrombolysis and 6 hours for thrombectomy after symptom onset. Because the non-functional and severely hypoperfused but salvageable brain tissue, i.e. the penumbra, is detectable up to 48 hours after stroke onset, the exact identification of penumbral tissue is fundamental for therapeutic decisions beyond the established time windows. Due to its challenging technical design, full quantitative 15-O positron-emission-tomography (PET), which is the gold standard for detecting penumbral tissue in acute ischemic stroke in vivo, is not routinely used and replaced by the widely available MRI perfusion (PWI) and diffusion (DWI) mismatch concept in clinical routine. To improve the PWI-DWI mismatch concept, this study validated penumbra thresholds of the established deconvolved PWI parameters cerebral blood flow (CBF), cerebral blood volume (CBV), mean transit time (MTT) and time to maximum (Tmax) in 10 patients with acute ischemic stroke against full quantitative O15-PET. Within 48 hours (median 10 hours [interquartile range (IQR) 4-35]) after symptom onset all patients underwent comparative imaging with PWI-DWI MRI and consecutive full quantitative O15-PET. Penumbral tissue was defined by established 15O-PET thresholds CBF <20 ml/100g/min and oxygen extraction fraction (OEF) > mean OEF contralateral +2 standard deviation and oxygen-metabolism (CMRO2) >64 µmol/100g/min (equals >1,5 ml/100g/min). To validate thresholds of the deconvolved PWI parameters we performed a voxel based “receiver operating characteristic” (ROC) curve analysis for every patient and parameter. The ROC curve analysis indicates the threshold independent accuracy with the “area under the curve” (AUC) and the optimal upper penumbral flow threshold with the “equal sensitivity and specificity threshold” (ESST). The deconvolved PWI parameter Tmax has the best (p < 0,05) threshold independent performance to detect the upper penumbral flow threshold (Median AUC 0,88 ; IQR 0,78-0.91) up to 48 hours after stroke onset. The optimal upper penumbral flow threshold of Tmax, which distinguishes penumbral tissue from benign oligemia, is Tmax >5,6 seconds (confidence intervall [CI] 4,4 - 6,1) with a sensitivity of 81% (IQR 70-83) and a specificity of 81% (IQR 71-83). These results may help to select acute ischemic stroke patients for reperfusion therapies beyond the current therapeutic time windows.
