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Deep learning and machine learning for differentiation between contrast extravasation and hemorrhagic transformation in post-thrombectomy stroke CT - 25/02/26

Doi : 10.1016/j.neurad.2026.101530 
Thiago Oscar Goulart a, b, f, 1, , Renato Okabayashi Miyaji d, Júlio César Nather Júnior c, Danilo Pinheiro Fonseca c, Ona Wu e, Octávio Marques Pontes-Neto c, Millene Rodrigues Camilo c
a Department of Medicine, Division of Neurology, Temerty Faculty of Medicine, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada 
b Department of Epidemiology, Harvard T.H. School of Public Health, Boston, Massachussets, USA 
c Department of Neuroscience and Behavioral Sciences, Ribeirão Preto Medical School - University of São Paulo, Ribeirão Preto, São Paulo State, Brazil 
d Department of Computer Engineering and Digital Systems. Polytechnic School of the University of São Paulo, São Paulo, São Paulo State, Brazil 
e Harvard Medical School. Harvard University, Boston, MA, USA 
f Department of Neurology, Sunnybrook Hospital, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada 

Correspondence to: Thiago Goulart, Department of Medicine, Temerty Faculty of Medicine, University of Toronto, C. David Naylor Building, 6 Queen’s Park Crescent West, Third Floor, Toronto, ON, M5S 3H2 Department of Medicine Temerty Faculty of Medicine University of Toronto C. David Naylor Building, 6 Queen’s Park Crescent West, Third Floor Toronto ON M5S 3H2

Abstract

Background

Mechanical thrombectomy (MT) improves outcomes in acute ischemic stroke (AIS) but often results in hyperdensities on non-contrast CT (NCCT), which may represent either hemorrhagic transformation (HT) or contrast extravasation (CE). Distinguishing between them is critical, as HT may contraindicate early anticoagulation. We developed and validated machine learning (ML) models to differentiate HT from CE using NCCT within 6 h post-MT.

Methods

We retrospectively analyzed 351 patients with anterior circulation AIS who underwent MT. Among 111 patients with post-MT hyperdensities, follow-up CT (24–72 h) classified them as HT ( n = 41), CE ( n = 34), or mixed HT+CE ( n = 36). Radiomics-based models—Support Vector Machine (SVM), Random Forest (RF), and Logistic Regression (LR)—were trained on 72 patients using segmented hyperdensities. A U-Net deep learning model was trained on raw axial slices. Performance was assessed on a 39-patient test set using accuracy, sensitivity, specificity, F1-score, and AUC.

Results

The mean age was 65 years, and baseline characteristics were largely comparable across groups: 71% were male; 50% had a history of hypertension; and mean ASPECTS score was 6.7. All models demonstrated high classification performance, with U-Net achieving the highest overall accuracy (96%) and F1-score (0.96). Sensitivity/specificity for HT were: SVM (94.1%/97.0%), LR (94.1%/100.0%), RF (82.4%/91.2%), and U-Net (82.4%/94.1%). For CE: SVM (92.3%/97.3%), LR (100.0%/97.3%), RF (91.7%/94.1%), U-Net (100.0%/100.0%). For HT+CE: SVM (70.0%/91.2%), LR (90.0%/97.1%), RF (70.0%/88.2%), U-Net (100.0%/100.0%). U-Net significantly outperformed RF across all metrics ( p < 0.01), but was not significantly different from SVM or LR.

Conclusion

ML models applied to NCCT can accurately differentiate CE from HT post-MT. While U-Net offers advantages in learning from raw imaging data, traditional models performed comparably. Larger studies and hybrid approaches integrating radiomics and deep learning are warranted.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Ischemic stroke, Contrast, Hemorrhagic transformation, Thrombectomy, tomography, Artificial Intelligence


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Vol 53 - N° 2

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