Evaluating CNS Lesions in HIV Patients: A Radiologic ...arizona.openrepository.com/arizona/bitstream/10150/603655/8/Hunter... · Evaluating CNS Lesions in HIV Patients: A Radiologic/Pathologic

Evaluating CNS Lesions in HIV Patients:A Radiologic/Pathologic Review

Item Type Thesis

Authors Hunter, Camille

Publisher The University of Arizona.

Rights Copyright © is held by the author. Digital access to this materialis made possible by the College of Medicine - Phoenix, Universityof Arizona. Further transmission, reproduction or presentation(such as public display or performance) of protected items isprohibited except with permission of the author.

Download date 07/07/2018 08:44:49

Link to Item http://hdl.handle.net/10150/603655

Evaluating CNS Lesions in HIV Patients: A Radiologic/Pathologic Review 

A thesis submitted to the University of Arizona College of Medicine – Phoenix 

in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Medicine 

Camille Hunter 

Class of 2016 

Mentors:  Daniel G Gridley, MD; Dane Van Tassel, MD; Phil Fairbourn, MD 

Abstract 

Background and Significance. HIV/AIDS is a commonly encountered disease process in many 

cities and medical centers throughout the world.  Approximately 35 million people live with 

HIV/AIDS worldwide, many of whom develop pathology of the central nervous system (CNS). 

Many HIV/AIDS patients undergo substantial morbidity and mortality with the development of 

CNS abnormalities including toxoplasmosis encephalitis (TE), progressive multifocal 

leukoencephalopathy (PML), primary central nervous system lymphoma (PCNSL), and other 

opportunistic infections. Especially in these immunocompromised patients, early accurate 

diagnosis can affect patient management, which is vital to patient survival. Research Question. 

We hypothesized that  fellowship‐trained neuroradiologists are more accurate than general 

radiologists in the diagnosis of HIV related CNS lesions. Methods.  Following institutional IRB 

approval, we retrospectively analyzed patients with known HIV infection who underwent 

radiologic imaging and subsequent biopsy of an identified neuropathologic lesion(s) at 

Maricopa Medical Center between January 2007 and January 2015. Diagnostic scan reports 

were analyzed to determine whether or not the correct diagnosis was provided in the 

impression, and rates of correct diagnosis were compared between fellowship trained 

neuroradiologists and a general radiologists. Results. Thirty‐three patients received neurologic 

imaging with MRI for a pathologically proven HIV/AIDS related illness with 78 total lesions 

identified. The correct diagnosis was mentioned in 79% (15/19) of cases read by a 

neuroradiologist, but only 43% (6/14) of cases read by a general radiologist. Overall, the correct 

diagnosis was mentioned in the initial impression in 21 of 33 (64%) cases. Chi‐squared analysis 

showed a statistically significant relationship in the number of mentioned correct diagnoses by  

neuroradiologists versus general radiologists (p=0.033). Conclusions. Our study suggests that 

the availability and utilization of specialty fellowship trained staff in radiology is an essential 

part of accurate early diagnosis. Taking an active role in the work up and diagnosis of 

specialized disease processes is essential for successful and comprehensive care, especially in 

our local community where HIV/AIDS support and treatment is on the cutting‐edge. 

Table of Contents 

Introduction/Significance ............................................................................................................... 1 

Research Materials and Methods ................................................................................................. 19 

Results ........................................................................................................................................... 20 

Discussion...................................................................................................................................... 26 

Future Directions .......................................................................................................................... 27 

Conclusions ................................................................................................................................... 28 

References .................................................................................................................................... 29 

List of Figures and Tables 

Figure 1: Examples of TE on CT and MR ......................................................................................... 3 

Figure 2: Examples of PCNSL on CT and MRI .................................................................................. 6 

Figure 3: Examples of PML on CT and MRI ................................................................................... 11 

Figure 4: Examples of Cryptococcosis seen on CT and MR ........................................................... 14 

Figure 5: Examples of Coccidiomycosis seen on CT and MRI ....................................................... 17 

Table 1: Results table of correct initial diagnoses ........................................................................ 24 

Figure 6: Graph showing rates of correct diagnoses by neuroradialogist and non‐

neuroradiologist ............................................................................................................................ 25 

1

Introduction/Significance 

Background of the research Question 

Approximately 35 million people live with HIV/AIDS worldwide, many of whom develop 

pathology of the central nervous system (CNS). A basic understanding of each pathologic 

process is crucial to completely evaluate and diagnose a CNS lesion in our study population. 

Below is a review of each disease endemic to the AIDS population, including a review of typical 

imaging characteristics. 

Toxoplasmosis Encephalitis: 

TE infection is caused by the intracellular protozoan Toxoplasma gondii. The host is primarily 

affected through the mechanism of latent reactivation, especially among the 

immunocompromised. Toxoplasmosis is the most common opportunistic CNS infection in 

HIV/AIDS patients, occurring in up to 30‐40% of patients.8,9 In fact, up to two‐thirds of all brain 

masses in HIV/AIDS patients are caused by toxoplasmosis.13  Even in immunocompetent 

individuals, subclinical infections may be seen in up to 15‐70% of the population.9,10  

Patients typically present with headache, confusion, fever and focal neurological deficits.8 At 

time of diagnosis, mean age is 35.7 years old with mean survival of 28 months.10, 7  Eighty 

percent respond to the six month treatment regimen of pyrimethamine, sulfadiazine and 

leucovorin. Steroids are also given if there are signs of critically elevated intracranial pressure or 

clinical deterioration. Lifelong treatment may be necessary for latent toxoplasmosis. 

There are two forms of toxoplasmosis: acute and latent.  Acute illness is caused by rupture of 

cysts which contain free tachyzoites.14 In the latent form, encysted bradyzoites remain in 

tissues until the host becomes immunocompromised. Because our study specifically addresses 

the HIV/AIDS population, only the acute illness will be considered. Three distinct parenchymal 

zones appear on histology in the acute necrotizing phase of the infection; a central avascular 

zone with coagulative necrosis; an intermediate zone with engorged blood vessels, tachyzoites 

2

and an inflammatory reaction; and a peripheral zone containing encysted organisms 

(bradyzoites) with fewer vascular abnormalities.12  

On CT, the classic appearance is a single or multiple, rim enhancing or nodular enhancing ill‐

defined hypodense lesion(s) with surrounding edema. On MR, there is variable imaging 

presentation, likely due to pathologic features at differing stages of toxoplasmosis infection. 

Most commonly, single or multiple ill‐defined T1/T2 hypointense lesions that demonstrate 

surrounding T2 hyperintense vasogenic edema are seen. Necrotizing encephalitis is generally T2 

hyperintense, while organizing abscesses are T2 hypo‐/isointense.11 Occasionally the lesions can 

demonstrate T1 hyperintense signal, thought to be due to coagulative necrosis/proteins.  

The “target” sign has been discussed in the literature, although this is seen in less than 30% of 

cases.14 On T1W imaging with contrast (C+) the target sign has been described as a concentric 

or eccentric enhancing core with an intermediate hypointense zone and peripherally enhancing 

hyperintense outer zone.16 Occasionally, T1W C+ images will only demonstrate an iso‐

/hypointense lesion that rim enhances.9 ON FLAIR/T2 imaging, the presentation is a 

hypointense core, intermediate hyperintense zone and peripheral hypointensity.9 Other target 

signs have also been described: a central hypointense zone with peripheral isointensity on a 

T1W unenhanced MR, as well as a three layer target sign by this same author.15  

Diffusion weighted imaging is variable. Usually the center of an abscess is iso‐/hypointense 

compared to adjacent white matter. The wall may be iso‐/hyperintense. The necrotic centers 

have increased diffusion restriction.12 Perfusion‐weighted imaging reveals hypovascularity. Rim 

and nodular enhancement, or less commonly punctate enhancement, is seen after the 

administration of intravenous contrast.  

The most common locations of toxoplasmosis are the basal ganglia, thalamus, cerebellum, and 

corticomedullary junction. Lesions are multiple the majority of the time, but may also be 

solitary.  

3

Figure 1: Examples of TE on CT and MRI. Mass occupying lesions with ring enhancement and 

“target sign” on MRI and hypodensity on CT. 

4

Primary CNS Lymphoma: 

PCNSL, most of which is diffuse large B‐cell lymphoma, makes up between 1‐15% of all central 

nervous system tumors.1, 3 There is a strong association with HIV/AIDS, with an estimated 2‐6% 

of all HIV/AIDS patients developing primary CNS lymphoma at some point.  There is a male: 

female predominance of 2:1. The typical clinical presentation includes focal neurological 

deficits, seizures and impaired higher cortical function. Mean survival in HIV/AIDS patients is 36 

months, with a mean age at onset of 39 years. Among the immunocompromised, prognosis is 

worse with multiple lesions, periventricular or meningeal involvement and age greater than 60. 

Treatment includes chemotherapy with or without radiation, steroids to decrease peritumoral 

edema, and surgical resection if tumor is low grade. 

Due to PCNSL hypercellularity, high nuclear/cytoplasmic ratio, and predilection for the 

periventricular and superficial regions, imaging has a characteristic appearance.1‐5   

On CT, PCNSL is classically a central hemispheric isodense to hyperdense enhancing lesion 

which can cross midline. A negative CT exam, however, cannot exclude the presence of PCNSL.6 

On MR, lesions are iso‐/hypointense on unenhanced T1WI and iso‐/hyperintense on 

unenhanced T2WI (hypointense when compared to gray matter). Less commonly, 

hemorrhage/necrosis may cause heterogeneity of the lesion. If calcium is present, T2* GRE 

sequences may have areas of “blooming,” which is usually seen after therapy. FLAIR 

demonstrates iso‐/hypointense signal. DWI may show restricted diffusion due to 

hypercellularity. ADC sequences have been used to differentiate PCNSL from other etiologies.7 

T1WI C+ demonstrates peripheral enhancement with central necrosis or homogeneous 

enhancement 75% of the time.1 

Approximately two‐thirds of lesions are supratentorial, most commonly the frontal, temporal 

and parietal lobes. The deep gray nuclei are affected 10% of the time. Five to ten percent of 

lesions cross midline. Lesions cluster around ventricles and the gray‐white junction and 

frequently abut or extend along ependymal surfaces. Leptomeningeal spread is present in 30‐

5

40% of cases. PCNSL may present as a solitary mass or multiple lesions and may be 

circumscribed or infiltrative. 

6

Figure 2: Examples of PCNSL on CT and MRI. Periventricular lesions with mass effect and 

peripheral contrast enhancement on MRI.  

7

TE v PCNSL: 

As both primary CNS lymphoma and toxoplasmosis can appear as single or multiple ring 

enhancing lesions on CT and MRI, a common practice of management is to treat empirically 

with anti‐toxoplasmosis therapy and perform follow up imaging to assess response. If the lesion 

has interval decrease in size and if the patient clinically improves, it is presumed that the lesions 

are toxoplasmosis. If not, then PCNSL is presumed to be the diagnosis. There are two 

fundamental problems with this approach. First, there is a decrease in size and number of the 

majority of toxoplasmosis lesions about 10 days after the start of anti‐toxoplasmosis therapy 

with mean resolution time of 2‐4 weeks. However, some lesions may take up to 6 months to 

resolve. In fact, encysted bradyzoites may never disappear, as therapy does not affect them.14 

Second is the issue with drug toxicity. Rates of toxicity range from 38‐71% with side effects in 

62% of patients.9  Because of these problems, other imaging can be utilized to help differentiate 

between the two, thus helping the patient avoid an unnecessary biopsy.  Although many clinical 

and laboratory tests have been used to differentiate between these two entities, only the 

radiologic differences will be discussed here.  

It is important to note that although each of these imaging tests may be a useful aid in 

definitive diagnosis, each has its own shortcomings and time has shown that none have proven 

conclusive. Perfusion studies have shown an increase in cerebral blood volume (CBV) in 

patients with PCNSL, thought to be secondary to the increased blood supply of a neoplastic 

process, although areas of necrosis may demonstrate decreased CBV. In contrast, CBV is 

decreased in both the toxoplasmosis lesions and the surrounding edema.37  

Multiple studies have been performed using apparent diffusion coefficients (ADC) to 

differentiate toxoplasmosis and PCNSL. Camacho et al. found that ADC ratios were 1.63 +/‐0.41 

(mean  +/‐ SD) (range, 1.04–2.26) in the 13 toxoplasmosis lesions and 1.14 +/‐ 0.25 (range, 

0.84–1.52) in the 8 lymphoma lesions. With this data, they concluded that ADC ratios of >1.6 

were only seen in toxoplasmosis and not in PCNSL (seen in 7 of their 13 patients with 

8

toxoplasmosis). They also wrote that ratios of 1‐1.6 were inconclusive, as there was overlap 

between the two.7 

SPECT with thallium‐201 has been used to aid in distinguishing between toxoplasmosis and 

PCNSL. Thallium biologically acts like potassium and is taken into cells via the Na+/K+ ATPase 

pump. It has been shown that PCNSL uptakes thallium at a rate greater than toxoplasmosis.38   

Miller et al. concluded that high uptake values (>2.9) could only represent lymphoma.39 

However, some PCNSL lesions had uptake values between 1.5 and 2.1 and could not be 

distinguished from toxoplasmosis.39 

Using PET/CT, PCNSL has been shown to be more metabolically active than toxoplasmosis.40  

Pierce et al was able to distinguish PCNSL from non‐lymphoma in 17 of 18 cases.41 The problem 

is that other lesions seen in AIDS patients, such as progressive multifocal leukoencephalopathy, 

may be metabolically active and mimic PCNSL.40 MR proton spectroscopy has very mixed 

results, with some studies showing that toxoplasmosis and CNS lymphoma have distinct 

metabolite profiles, while other studies show that they do not.7  

Although there is not a single definitive imaging modality which allows for distinction between 

PCNSL and toxoplasmosis, imaging improvements and methods are continually being developed 

to allow for more definitive imaging diagnoses. 

Progressive Multifocal Leukoencephalopathy: 

PML is an often fatal subacute demyelinating disease caused by the reactivation of the JC 

polyomavirus infecting oligodendrocytes. There are three phases to a PML infection. The first is 

the primary, typically asymptomatic infection with JC virus, which is thought to be spread via 

respiratory or fecal‐oral transmission. The second phase is the latent phase of the virus within 

the human host. The third phase is reactivation and dissemination into the brain.18 This 

symptomatic third phase is seen primarily in immunocompromised individuals, with a spike in 

prevalence during the AIDS epidemic, with 5% of AIDS patients developing PML at some point17 

9

and 85% of all PML cases being diagnosed in AIDS patients.22 It is estimated that up to 70% of 

the population has the latent form of JC polyomavirus that would only become clinically 

significant if the host becomes immunocompromised.12 Clinical presentation includes 

weakness, speech disturbances, limb incoordination, cognitive deficits, and visual impairment.18  

Historically, prognosis was dismal, with a one year survival at around 10%, and mean survival 

being four to eight months. With the use of HAART therapy, the one year survival has climbed 

to 50%.19 However, not all patients show improvement with therapy.20 Although symptoms and 

survival are improved with restitution of the immune system using differing therapies, there is 

still no definitive cure for PML. 

PML is a demyelinating disease, so white matter is predominantly affected.  A typical 

appearance is multiple demyelinating lesions in a bilateral asymmetric distribution that may 

become confluent. Single lesions in a unilateral distribution may less commonly be seen. Sixty‐

eight percent of patients also have cortical atrophy, the majority being mild.21 There is 

involvement of the subcortical “U” fibers, which are myelin tracts at the gray‐white junction 

that connect cortex to cortex. 12,17  The gray matter may also rarely be involved.23 Typically no 

mass effect or enhancement is present, but both may rarely be seen. One author found that 

mass effect correlated with decreased survival.21 However, this finding is infrequently seen and 

considered to be of no true significance. In rare instances faint peripheral or patchy 

enhancement may be seen, which may represent active disease or response to therapy.   

On CT there is hypodense subcortical and periventricular white matter involvement without 

mass effect. MR demonstrates T1 hypointensity and T2/FLAIR hyperintensity in a subcortical 

and periventricular distribution which involves the subcortical “U” fibers, resulting in a 

scalloped appearance.  As mentioned above, mass effect and enhancement are rare.  

Diffusion weighted imaging may elucidate areas of active disease, which can be demonstrated 

by the following two examples:  newer lesions exhibit slight diffusion restriction and older 

lesions do not show any diffusion restriction. In addition, some PML lesions only demonstrate 

diffusion restriction along the rim of the lesion, which is the site of active disease.12 

10

Most PML has supratentorial involvement seen classically in the parietal, frontal and occipital 

white matter. Periventricular and subcortical white matter are affected in 95.5% and 82.2% of 

cases respectively.21 Lobar involvement may extend into the corpus callosum.  Rarely, isolated 

callosal involvement can be seen.23 

11

Figure 3: Examples of PML on CT and MRI.  Asymmetric demyelinating lesions without mass 

effect or contrast enhancement.  

12

Cryptococcus: 

Cryptococcal infection, or crypococcosis, is caused by the encapsulated yeast‐like fungus 

Cryptococcus neoformans which is normally found in soil contaminated with bird feces, 

particularly that of pigeons.24 This infection is acquired through inhalation and spreads through 

hematogenous dissemination to the CNS.27 Cryptococcosis is the most common CNS fungal 

infection in patients with AIDS.25 Any immunocompromised patient is at increased risk for 

cryptococcal infection, but up to 30% of patients with cryptococcosis are actually 

immunocompetent.26 The most common clinical presentation is headache. Other symptoms 

include seizures, blurred vision, or findings related to increased high intracranial pressure 

secondary to hydrocephalus, which is common.27 Males are more commonly infected than 

females. Treatment is anti‐fungal medication. 

Cryptococcal infection can present three distinct ways on imaging: meningitis, pseudocyst 

formation and cryptococcomas.12 One study showed that the overwhelming presentation of 

cryptococcosis is meningitis, being found in 9/10 patients who presented.28 If meningeal 

involvement extends intracranially, a cryptococcoma may result. A cryptococcoma is a chronic 

granuloma composed of lymphocytes, macrophages and giant cells.27 Additionally, if 

cryptococcal organisms extend into the perivascular spaces, gelatinous pseudocysts may 

form.27 Each of these presentations will appear different on imaging and thus will be discussed 

separately. 

Meningitis and hydrocephalus are the most common clinical presentations, although both are 

nonspecific for cryptococcus. A CT of the head will often appear normal. In the initial stages, the 

majority of patients will have leptomeningeal enhancement with or without adjacent white 

matter vasogenic edema on MRI. This is a finding seen in meningitis from other causes as well. 

Imaging may also demonstrate a normal appearing MRI due to inability of the immune system 

to mount a response.  

13

If the cryptococcus organism spreads intracranially, there can be formation of a cryptococcoma. 

On MR these are usually lobulated T1 hypo‐/isointense and T2 hyperintense lesions that may 

demonstrate either no enhancement or rim enhancement if the host’s immune system is 

functioning sufficiently to mount a response.  These appear most commonly in the basal 

ganglia. They also may be found on the ependyma of the choroid plexus.30 Most 

cryptococcomas do not show diffusion restriction, which may assist in distinguishing them from 

pyogenic abscesses.12 

With perivascular space spread of the Cryptococcus organism, there may be gelatinous 

pseudocyst formation, most commonly in a bilateral symmetrical distribution. These lesions 

present as well‐circumscribed round or oval lesions that are hypodense on CT and typically 

follow CSF intensity on MR. However, they may be T1 hyperintense depending on the level of 

proteinaceous material contained therein.29 These lesions do not typically enhance. The most 

common locations are the midbrain and basal ganglia.  

Cryptococcal infection may present in the spinal cord as well, although this is uncommon. 

Imaging shows T2 hyperintense signal within the cord, with or without enhancement.29 

14

Figure 4: Examples of Cryptococcosis seen on CT and MRI. Innumerable lesions with mass 

effect, edema, and contrast enhancement.   

15

Coccidioides: 

The dimorphic fungus Coccidioides immitis may cause the systemic infection 

coccidioidomycosis.  This fungus is endemic to the southwestern United States and northern 

Mexico and infects humans through inhalation of an endospore. There are estimated to be 

100,000 new cases in the United States annually.32 Spread from inhalation to the disseminated 

form will occur in 4‐5% of patients and up to 30% in AIDS patients.27, 31 CNS involvement, which 

has the highest mortality rate, is seen in one‐third to one‐half of patients who present with 

disseminated disease.32   

Clinical presentation varies according to which organ system is involved. CNS symptoms are 

most commonly secondary to meningitis or hydrocephalus. Prognosis is related to the extent of 

infection. Both the rapidity with which treatment is initiated and the correct choice of 

treatment options affect prognosis. Mean survival time was only 4 months in untreated 

patients compared to 21 months in those treated with amphotericin B.33  

There is an array of radiologic presentations in CNS coccidioidomycosis including meningitis or 

ependymitis, hydrocephalus, vasculitis, granulomas, white matter disease and spinal 

arachnoiditis.27, 34 On MR, meningitis presents with intense, diffuse leptomeningeal 

enhancement in up to 91% of patients.32 It typically affects the basal cisterns, sylvian fissures 

and pericallosal regions.34, 35  Hydrocephalus is seen in 68‐93% of cases, with 67% of these 

requiring CSF shunting.27, 34 Vascular involvement is seen in about 40% of patients, typically as 

diffuse arteritis.36, 34 Ischemia presents commonly, with an estimated 35‐ 58% prevalence, seen 

on MR as T2 hyperintensity and diffusion restriction.32, 27 Granulomas are uncommon, and may 

be seen as focal areas of white matter or deep gray matter enhancement. White matter 

findings are focal or diffuse, typically in a periventricular pattern and may be secondary to 

abscess, drug toxicity or edema from hydrocephalus.34 

16

Arachnoiditis is nonspecific and presents the same as in other etiologies. In a study of  23 

patients with MR brain abnormalities, 86% also had concomitant spinal abnormalities, 74% of 

which had spinal leptomeningeal enhancement.32 

17

Figure 5: Examples of Coccidiomycosis seen on CT and MRI. Nonspecific enhancement on  

CT and MR. Abnormal enhancement of meninges in basal cisterns showing Coccidioidomycosis 

meningitis. 

18

Significance and rationale for research question 

HIV/AIDS is a commonly encountered infectious disease process throughout the world. 

Fortunately, for patients in Arizona, specialized diagnosis and treatment facilities are available 

for state of the art diagnosis and treatment. Given the immunocompromised status of patients, 

early diagnosis can affect patient management, which is vital to patient survival.4 For 

appropriate patient outcomes, knowing rates of accurate early diagnosis is important.  

Hypothesis/Research question 

We hypothesized that fellowship‐trained neuroradiologists would mention the correct 

diagnosis more often than general radiologists in their initial impression of imaging studies 

showing HIV related CNS lesions.  

Goals for the Study 

In this study, we hope to demonstrate that the availability and utilization of specialty fellowship 

trained staff in radiology is an essential part of accurate early diagnosis of HIV related CNS 

lesions. 

19

Research Materials and Methods 

Following institutional IRB approval, all MRI neuroradiology imaging performed at Maricopa 

Integrated Health System in Phoenix, Arizona between January 2007 and December 2014 was 

screened in order to identify positive pathology in a known or subsequently diagnosed patient 

with HIV/AIDS.  Radiologic reports were analyzed to determine whether or not the correct 

diagnosis was provided in the impression. The gold standard for correct diagnosis was the final 

pathology report of the biopsy specimen. Images of CNS pathology were reviewed to evaluate 

for “classic” imaging characteristics which included: mass effect, edema, location, margins, 

enhancement, enhancement pattern, T1 signal intensity, diffusion/ADC characteristics, and 

single or multiple foci.  Finally, rates of correct diagnosis were compared between exams 

interpreted by fellowship trained neuroradiologists and general radiologists.  

20

Results 

During the duration of the study, 33 patients received neurologic imaging with MRI for a 

pathologically proven HIV/AIDS related illness, with 78 total lesions identified.  Overall, the 

correct diagnosis was mentioned in the impression in 21 of 33 (64%) cases, while it was not 

mentioned in 12 of the 33 (36%) cases.  Nineteen patients had their studies interpreted by a 

fellowship trained neuroradiologist while 14 did not. The fellowship trained neuroradiologist 

mentioned the correct diagnosis in the impression in 15 of the 19 (79%) cases while the correct 

diagnosis was not mentioned in 4 of the 19 (21%) cases.  The remaining 14 patient cases were 

interpreted by a general radiologist who mentioned the correct diagnosis in 6 of 14 (43%) cases 

and did not mention the correct diagnosis in 8 of the 14 (57%) cases. 

Chi‐squared analysis showed a statistically significant relationship in the number of mentioned 

correct diagnoses by the neuroradiologist versus general radiologist (p=0.033). 

Results Toxoplasmosis: 

A total of seven patients (16 total lesions) were found with pathology proven toxoplasmosis. 

Five patients demonstrated mass effect, 7 patients had edema and 5 patients had at least one 

lesion in a classic location. Ten lesions were circumscribed while 6 were ill‐defined. Seven 

showed enhancement: 8 lesions showing peripheral nodular enhancement, 3 complete 

homogeneous enhancement, 2 peripheral and central nodular enhancement, and 3 showing 

patchy enhancement. Ten lesions were T1 hyperintense while 6 lesions were T1 

hypointense/isointense. Seven lesions showed peripheral nodular diffusion restriction, 4 had 

complete diffusion restriction and 5 lesions had no diffusion restriction. Two patients had 

multiple lesions and 5 had single lesions. 

Two examinations were interpreted by fellowship trained neuroradiologists. One listed 

toxoplasmosis as a primary consideration and one listed it as a secondary diagnosis. Five 

examinations were interpreted by general radiologists, two of which mentioned TE as a primary 

21

diagnosis. Two did not mention toxoplasmosis. One only described findings without giving a 

diagnosis. 

Neuroradiologists suggested toxoplasmosis as the primary diagnosis 50% of the time and as a 

secondary diagnosis 50% of the time. Toxoplasmosis was mentioned in the differential in 100% 

of neuroradiologist’s impressions. The general radiologists listed toxoplasmosis as primary 

diagnosis 40% of the time. Toxoplasmosis was not listed in the differential diagnosis 40% of the 

time. Twenty percent of general radiologists did not mention any diagnosis, only describing 

findings. 

Results PCNSL: 

In the seven patients (23 total lesions) which had pathology proven PCNSL, 6 patients 

demonstrated mass effect, 7 patients had edema, and 6 patients had lesions in classic locations. 

Thirteen lesions were circumscribed, while 10 were ill‐defined. Seven showed enhancement: 14 

lesions demonstrated peripheral nodular enhancement, 7 had complete homogeneous 

enhancement and 2 had patchy enhancement. Sixteen lesions were T1 hypointense, and 5 were 

T1 isointense. Fifteen lesions showed peripheral nodular diffusion restriction, 7 had complete 

diffusion restriction and 1 lesion had no diffusion restriction. Five patients had multiple lesions 

and 2 had single lesions. 

Five examinations were interpreted by fellowship trained neuroradiologists, three of whom 

listed PCNSL as a primary consideration. Two interpretations by neuroradiologists did not 

mention PCNSL in the differential diagnosis. Two examinations were interpreted by general 

radiologists, and both mentioned lymphoma in their diagnosis, one as less likely and the other 

as “abscess versus multifocal neoplasm, possibly lymphoma.”  

Neuroradiologists suggested PCNSL as the primary diagnosis 60% of the time. PCNSL was not 

mentioned in the differential diagnosis in 40% of the impressions. No general radiologists listed 

PCNSL as primary, but all mentioned the possibility as a secondary diagnosis. 

22

Results PML: 

In the five patients (7 total lesions) which had pathology proven PML, zero patients 

demonstrated mass effect, 5 patients had edema, and 5 patients had at least one lesion in a 

classic location. The seven lesions were all ill‐defined with 1 demonstrating patchy/nodular 

enhancement. All seven lesions were T1 isointense. Two lesions showed peripheral diffusion 

restriction, and 5 lesions had no diffusion restriction. Two patients had multiple lesions and 3 

had single lesions. 

Three examinations were interpreted by fellowship trained neuroradiologists, all of whom 

listed PML as a primary consideration. Two examinations were interpreted by general 

radiologists with only one mentioning PML as a primary diagnosis.  

Neuroradiologists suggested PML as the primary diagnosis 100% of the time. The general 

radiologists listed PML as primary in 50% of cases, and none mentioned the possibility as a 

secondary diagnosis. PML was not listed as a differential diagnosis 50% of the time.  

Results Cryptococcus 

In the two patients (innumerable lesions) which had pathology proven cryptococcus, one 

patient demonstrated mass effect, both patients had edema and both patients had at least one 

lesion in a classic location. All lesions were ill‐defined with 2 showing enhancement, both 

demonstrating a peripheral nodular enhancement pattern. All lesions were T1 

hypointense/isointense. Zero lesions had diffusion restriction. Both patients had multiple 

lesions.  

One examination was interpreted by a fellowship trained neuroradiologist, who listed infection 

as a primary consideration, with cryptococcus included. One examination was interpreted by a 

general radiologist; cryptococcus was not listed as a primary diagnosis, although infection was 

mentioned.  

23

The neuroradiologists suggested cryptococcus as the primary diagnosis 100% of the time. The 

general radiologist did not list cryptococcus as primary, but infection was listed in the 

impression. 

Results Coccidioides: 

In the seven patients (23 total lesions) with pathology proven Coccidioides, one patient 

demonstrated mass effect, 7 patients had edema and 6 patients had at least one lesion in a 

classic location. Two lesions were circumscribed while 21 were ill‐defined. Nineteen lesions 

showed enhancement: 6 lesions showing peripheral nodular enhancement, 9 demonstrating 

complete enhancement, and 4 showing patchy enhancement. Five patients had leptomeningeal 

enhancement. Three lesions were T1 hyperintense while the remainder were T1 

hypointense/isointense. Three had nodular peripheral diffusion restriction thought to be 

secondary to ischemia. One patient had multiple lesions, and 6 had single lesions. 

Five examinations were interpreted by a fellowship trained neuroradiologist, four of which 

listed coccidioides as a primary consideration. One did not mention coccidioides as a 

consideration, which was in an atypical location. Two examinations were interpreted by general 

radiologists, none of whom mentioned coccidioides as a primary diagnosis.  

Neuroradiologists suggested coccidioides as the primary diagnosis 80% of the time, while 

coccidioides was not mentioned in the differential on 20% of impressions. None of the exams 

interpreted by general radiologists listed coccidioides as primary or specifically within the 

differential diagnosis.  

24

    Correct Diagnosis in Initial Interpretation 

Diagnosis  Number of patients  Neuroradiologist  General Radiologist 

Toxoplasmosis  7  2/2  2/5 

PCNSL  7  3/5  2/2 

PML  5  3/3  1/2 

Cryptococcus  2  1/1  0/1 

Coccidioides  7  4/5  0/2 

TB  1  1/1  0/0 

Histoplasmosis  3  1/1  0/2 

Spinal Lymphoma  1  0/1  0/0 

Total  28  15/19  6/14 

Table 1: Results table of correct initial diagnoses. Numerator = correct diagnosis noted in initial 

report; Denominator = number of patients interpreted by this type of radiologist  

25

Figure 6: Results showing rates of correct diagnoses by neuroradialogist and non‐

neuroradiologist.  

0%10%20%30%40%50%60%70%80%

Correct Initial Diagnosis

Mentioned as adiagnosis on theintial exam

Not mentioned as adiagnosis on theintial exam

26

Discussion 

The correct diagnosis was mentioned in 64% of cases overall and there was asignificant 

difference in the accuracy of reporting the correct diagnosis between fellowship trained 

neuroradiologists and those without specialized neuroradiologic training (79% versus 43%). This 

suggests that the availability and utilization of specialty fellowship trained staff in radiology is 

an essential part of accurate early diagnosis to ensure the most appropriate intervention and 

therefore maximize patient survival.   

A limitation of this study was the small sample size of HIV/AIDS patients. Increasing the number 

of patients would increase the power of the study and allow for analysis of accuracy based on 

classic presentation versus atypical presentation. Another limitation was the small number of 

interpreting radiologists. Radiologists arise from diverse backgrounds, varied stages of 

experience and different levels of expertise. With a larger number of interpreting radiologists 

the differential diagnosis would be more accurate, as incorrect interpretations would be 

minimized, and a greater knowledge pool would be contributing to the diagnoses.  

 Additional factors contributing to the results of the study include the study location.  The study 

was performed in a single center in Arizona. Thus, diseases endemic to the southwestern 

United States were over represented compared to true national epidemiology. For example, 

Coccidioides represented 7 of our 33 patients, which would not be the case in other 

populations throughout the United States or internationally.  

The wide prevalence of HIV/AIDS in the United States population makes diagnostic imaging a 

vital and crucial part of the care process of these patients.  With so many patients regularly 

presenting to the health care system, taking an active role in the workup and diagnosis of these 

specialized disease processes is essential for successful and comprehensive care, especially in 

our local community where HIV/AIDS support and treatment is on the cutting‐edge.   

27

Future Directions 

Additional studies should be performed with a focus on increasing geographic diversity, patient 

sample size, and number of interpreting radiologists.  These future studies could also include 

comparisons to other modalities such as CT, MRI perfusion, ADC values, MR spectroscopy, etc.  

28

Conclusions 

This study showed that neuroradiologists mentioned the correct diagnosis of HIV related CNS 

lesions more often than general radiologists. There was a statistically significant relationship in 

the number of mentioned correct diagnoses by the neuroradiologists versus general 

radiologists. This suggests that the availability and utilization of specialty fellowship trained 

staff in radiology is an essential part of accurate early diagnosis. Taking an active role in the 

work up and diagnosis of specialized disease processes is essential for successful and 

comprehensive care, especially in our local community where HIV/AIDS support and treatment 

is on the cutting‐edge. 

29

References 

1. Haldorsena IS, Espelanda A, Larsson EM. Central Nervous System Lymphoma: Characteristic 

Findings on Traditional and Advanced Imaging.  AJNR 2011 32: 984‐992 

2. Mendenhal NP, Thar IL, Agee OF, Harty‐Golder B, Balinger WE Jr, Milion R. Primary 

lymphoma of the central nervous system.  Cancer  1983 52: 1993‐2000. 

3. Koeller KK, Smirniotopoulos  JG, Jones RV. Primary Central Nervous System Lymphoma: 

Radiologic‐Pathologic Correlation.  Radiographics 1997; 17: 1497‐526  

4. Erdag N, Bhorade R, Alberico R, Yousuf N, Patel M. Primary Lymphoma of the Central 

Nervous System Typical and Atypical CT and MR Imaging Appearances. American Journal of 

Roentgenology 2001; 176: 1319‐1326 

5. Go JL, Lee SC, Kim PE. Imaging of primary central nervous system lymphoma. Neurosurg 

Focus 2006; 21:E4 

6. Remick SC, Millde DC. Primary central nervous system lymphoma. J Neurosurg 1988; 68: 835‐

853 

7. Camacho DLA, Smith JK, Castillo M. Differentiation of Toxoplasmosis and Lymphoma in AIDS 

Patients by Using Apparent Diffusion Coefficients. AJNR 2003; 24: 633‐637 

8. Porter SB, Sande MA. Tomoplasmosis of the Central Nervous System In the Acquired 

Immunodeficiency Syndrome.  N Engl J Med 1992; 327: 1643‐8. 

9. Masamed R, Meleis A, Lee EW, Houthout GM. Cerebral Toxoplasmosis: Case Review and 

Description of a New Imaging Sign. Clinical Radiology 2009; 64: 560‐563 

10. Stat Dx. www.statdx.com. 

11. Batra A, Tripathi RP, Gorthi SP. Magnietic Resonance Evaluation of Cerebral Toxoplasmosis 

in Patients with the Acquired Immunodeficiency Syndrome. Acta Radiol 2004; 45: 212‐221.  

30

12. Gasparetto EM Cabral RF, Hygino da Cruz LC, Domingues RC. Diffusion Imaging in Brain 

Infections. Neuroimaging Clinics 2011; 21: 89‐113. 

13. Levy RM, Rosenbloom S, Perrett LV. Neuroradiology findings in AIDS: review of 200 cases.  

Am J Roentgenol  1986;147:977–83. 

14. Thurnher MM, Donovan Post MJ. Neuroimaging in the Brain in HIV‐1‐Infected Patients. 

Neuroimag Clin N Am 2008; 18: 93‐117. 

15. Miguel J, Champalimaud JL, Borges A, et al. Cerebral toxoplasmosis in AIDS patients, CT and 

MRI images and differential diagnostic problems. Acta Med Port 1996; 9: 29‐36. 

16. Sharath Kumar GG, Mahadevan A, Guruprasad AS, et al. Eccentric Target Sign in Cerebral 

Toxoplasmosis: Neuropathological Correlate to the Imaging Features. Journal of Magnetic 

Resonance Imaging 2010; 31: 1469‐1472. 

17. Tan CS, Koralnik IJ. Beyond progressive multifocal leukoencephalopathy: expanded 

pathogenesis of JC virus infection in the central nervous system.  Lancet Neurol. 2010 April; 

9(4): 425‐437. 

18. Weber T. Progressive Multifocal Leukoencephalopathy. Neurologic Clinics 2008 August; 26 

(3): 833‐854.  

19. Antinori A, Cingolani A, Lorenzini P, Giancola ML, Uccella I, Bossolasco S, et al. Clinical 

epidemiology and survival of progressive multifocal leukoencephalopathy in the era of highly 

active antiretroviral therapy: data from the Italian Registry Investigative Neuro AIDS (IRINA). J 

Neurovirol 2003; 9(1):47–53. 

20. Thurnher MM, Donovan Post MJ, Rieger A, et al. Initial and Follow‐up MR Imaging Findings 

in AIDS‐Related Progressive Multifocal Leukoencephalopathy Treated with Highly Active 

Antiretroviral Therapy. AJNR 2001; 22: 977‐984. 

31

21. Donovan Post MJ, Yiannoutsos C, Simpson D, Booss J, et al. Progressive Multifocal 

Leukoencephalopathy in AIDS: Are There Any MR Findings Useful to Patient Management and 

Predictive of Patient Survival. AJNR 1999; 20: 1896‐1906. 

22. Tyler KL. The uninvited guest: JC virus infection of neurons in PML. Neurology 

2003;61:1288–9. 

23. Horger M, Beschorner R, Beck R, Nagele T, et al. Common and uncommon imaging findings 

in progressive multifocal leukoencephalopathy (PML) with differential diagnostic 

considerations. 2012 Clinical Neurology and Neurosurgery 114: 1123‐1130. 

24. Ostrow TD, Hudgins PA. Magnetic resonance imaging of intracranial fungal infections. Magn 

Reson Imaging 1994;6(1):22–31. 

25. Celso L, da Cruz H, Domingues RC. Intracranial infection. In: Atlas SW, editor. Magnetic 

resonance imaging of the brain and spine. 4th edition. Philadelphia: Locknut Williams & Wilkins; 

2009. p. 989. 

26. Dismukes WE. Management of cryptococcosis. Clin Infect Dis 1993;17:S507–12. 

27. Jain KK, Mittal SK, Kumar S, Gupta RK. Imaging features of central nervous system fungal 

infections. Neurology India 2007; 55 (3): 241‐250. 

28. Eng RH, Bishburg E, Smith SM, et al. Cryptococcal infections in patients with acquired 

immunodeficiency syndrome. Am J Med 1986; 81:19–23. 

29. Mathur M, Johnson C, Sze G. Fungal Infections of the Central Nervous System. 

Neuroimaging Clin N Am 2012 Nov; 22 (4): 609‐32. 

30. Kovoor JM, Mahadevan A, Narayan JP, Govindappa SS, Satishchandra P, Taly AV, et 

al. Cryptococcal choroid plexitis as a mass lesion: MR imaging and histopathologic correlation. 

AJNR Am J Neuroradiol 2002;23:273‐6. 

31. Fish DG, Ampel NM, Galgiani JN, et al. Coccidioidomycosis during human immunodeficiency 

virus infection. A review of 77 patients. Medicine (Baltimore) 1990;69(6):384–91. 

32

32. Lammering JC, Iv M, Gupta N, Pandit R, Patel MR. Imaging Spectrum of CNS 

Coccidioidomycosis: Prevalence and Significance of Concurrent Brain and Spinal Disease.  AJR  

Am J Roentgenol 2013; 200: 1334‐1346. 

33. Sobel RA, Ellis WG, Nielsen SL, Davis RL. Central nervous system coccidioidomycosis: a 

clinicopathologic study of treatment with and without amphotericin B. Hum Pathol 1984; 15: 

980‐995. 

34. McGahan JP, Graves DS, Palmer PE, Stadalnik RC, Dublin AB. Classic and contemporary 

Imaging of coccidioidomycosis. AJR Am J Roentgenol 1981;136: 393‐404.  

35. Erly WK, Bellon RJ, Seeger JF, et al. MR imaging of acute coccidioidal meningitis. AJNR Am J 

Neuroradiol 1999;20(3): 509–14. 

36. Wrobel CJ, Meyer S, Johnson RH, et al. MR findings in acute and chronic coccidioidomycosis 

meningitis. AJNR Am J Neuroradiol 1992; 13:1241–5. 

37. Ernst TM, Chang L, Witt MD, Aronow HA, Cornford ME, Walot I, Goldberg MA. Cerebral 

toxoplasmosis and lymphoma in AIDS: perfusion MR imaging experience in 13 patients. 

Radiology 1998 Sep; 208 (3): 663‐9. 

38. Kessler LS, Ruis A, Donovan Post MJ, Ganz WI, Brandon AH, Foss JN. Thallium‐201 Brain 

SPECT of Lymphoma in AIDS Patients: Pitfalls and Technique Optimization. AJNR Am J 

Neuroradiol 1998; 19: 1105‐1109 

39. Miller RF, Hall‐Craggs MA, Costa DC, Brink NS, Scaravilli F, et al. Magnetic resonance 

imaging, thallium‐201 SPECT scanning, and laboratory analyses for discrimination of cerebral 

lymphoma and toxoplasmosis in AIDS. Sex Transm Inf 1998; 74: 258‐264 

40. Heald AE, Hoffman JM, Barlett JA, Waskin HA. Differentiation of central nervous system 

lesions in AIDS patients using positron emission tomography (PET). Int J STD AIDS. 1996 Aug‐

Sep; 7 (5): 337‐46. 

33

41. Pierce MJ, Johnson MD, Maciunas Rj, et al. Evaluating Contrast‐Enhancing Brain Lesions in 

Patients with AIDS by Using Positron Emission Tomography. Ann Intern Med 1995; 123: 594‐598