脑动脉粥样硬化、心源性脑血管栓塞是引起缺血性脑梗死的主要原因，但是仍有 30% 的患者无法找到具体的诱发原因。脑梗死发生的主要病理生理变化涉及到细胞毒性水肿、离子失衡、代谢性损伤和细胞凋亡等机制，同时，上述机制又相互影响，最终导致细胞死亡。
经典的脑缺血半暗带病理生理诊断标准是 12ml/100mg/min<脑组织局部血流量 <20ml>20%），研究显示用于缺血半暗带判断最准确的参数是脑血流量（CBF）。
用于脑缺血半暗带诊断的其他 MRI 方法还有 MRS、R2 值，MRS 判断缺血半暗带是急性脑梗死的敏感指标，正常脑组织中测不到 Lac（乳酸）的波峰，脑缺血时有氧氧化障碍，乳酸堆积；同时，神经元的代谢物 NAA 降低。R2 值对血液去氧血红蛋白水平变化非常敏感，急性脑梗死发生时，组织中去氧血红蛋白含量升高，因而 R2 值升高。
MRA 和 DWI 不匹配也是诊断脑缺血半暗带的一种方法。其它判断缺血半暗带的方法包括 SWI 和 DWI、PWI 相结合，以及 PH 值成像灯。PET/CT-MRI 多模态成像也可用来判断缺血半暗带是否存在。15O-H2O PET 是测量脑血流量 CBF 的金标准，并结合 DWI 对缺血半暗带进行诊断。
总之，影像学对急性缺血性脑梗死的主要作用是首先排除脑出血，其次是判断脑血管状态，能够迅速地确定哪类患者最有可能受益于及时抢救（重建血供）。在 4.5 小时候，有条件的前提下，酌情对脑梗死病灶进行缺血半暗带评估，为个性化治疗和预后评估提供影像学参考依据。
