Differentiation Between Ischemic and Hemorrhagic Strokes – A Pilot Study with Transtemporal Investigation of Brain Parenchyma Elasticity Using Ultrasound Shear Wave Elastography

Abstract

Introduction Ultrasound shear wave elastography is well established in diagnostics of several parenchymatous organs and is recommended by respective guidelines. So far, research about applications in relevant neurological conditions is missing, especially in adults. Here we aimed to examine the method for the differentiation of ischemic (IS) and hemorrhagic strokes (HS) and cerebral mass effects.

Materials & Methods 50 patients with a confirmed diagnosis of HS or IS were enrolled in this prospective study. 2D shear wave elastography was performed on the ipsilateral and the contralateral side with a modified acoustic radiation force impulse (ARFI) technique (ElastPQ mode, Philips). Lesion volumetry was conducted based on computed tomography data for correlation with elastography results.

Results Elastography measurements (EM) revealed a highly significant difference between IS and HS with mean values of 1.94 and 5.50 kPa, respectively (p < 0.00 001). Mean values of brain tissue on the non-affected side were almost identical (IS 3.38 (SD = 0.63); HS 3.35 (SD = 0.66); p = 0.91). With a sensitivity of 0.98 and a specificity of 0.99, a cut-off value of 3.52 kPa for discrimination could be calculated. There was a significant correlation of mass effect represented by midline shift and EM values on the contralateral side (Pearson correlation coefficient = 0.68, p < 0.0003).

Conclusion Ultrasound brain parenchyma elastography seems to be a reliable sonographic method for discriminating between large IS and HS and for detecting and tracking conditions of intracerebral mass effects.

Zusammenfassung

Einleitung Die Ultraschall-Scherwellen-Elastografie ist bereits eine im klinischen Alltag etablierte Diagnostik für verschiedene parenchymatöse Organe und wird von den entsprechenden Leitlinien empfohlen. Bislang gibt es jedoch keine relevante Forschung zur Anwendung bei neurologischen Erkrankungen, insbesondere bei Erwachsenen. In der vorliegenden Arbeit wurde daher der Stellenwert zur Differenzierung von ischämischen (IS) und hämorrhagischen Schlaganfällen (HS) und bei intrazerebralen Masseneffekten untersucht.

Material und Methoden Es wurden 50 Patienten mit einem nachgewiesenen HS oder IS in diese prospektive Studie eingeschlossen. Eine 2D-Scherwellen-Elastografie wurde auf der ipsi- und kontralateralen Seite mittels einer modifizierten „acoustic radiation force impulse“ (ARFI)-Technik (ElatPQ-Modus, Philips) durchgeführt. Eine Computertomografie-basierte Läsionsvolumetrie zur Korrelation mit den Elastografiewerten wurde ergänzt.

Ergebnisse Die Elastografiemessungen (EM) zeigten hochsignifikant unterschiedliche Ergebnisse zwischen IS und HS mit jeweiligen Mittelwerten von 1,94 und 5,50 kPa (p < 0,00 001). Die Mittelwerte auf der nicht betroffenen Seite waren dabei nahezu identisch (IS 3,38 (SD = 0,63); HS 3,35 (SD = 0,66); p = 0,91). Mit einer Sensitivität von 98 % und einer Spezifität von 99 % konnte ein Cut-off-Wert von 3,52 kPa für die Differenzierung herausgearbeitet werden. Es zeigte sich außerdem eine signifikante Korrelation zwischen Masseneffekten im Sinne einer Mittellinienverlagerung und den EM auf der kontralateralen Seite (Pearson-Korrelationskoeffizient 0,68; p < 0,0003).

Zusammenfassung Die Ultraschall-Scherwellen-Elastografie erweist sich als verlässliche Methode zur Unterscheidung von IS und HS und zur Erfassung und Nachbeobachtung intrazerebraler Masseneffekte.

Key words

transtemporal ultrasound - stroke - neurology - ultrasound shear wave elastography

Publication History

Received: 17 April 2020

Accepted: 13 August 2020

Article published online:
09 October 2020

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