L'imagerie multimodale en phase aiguë de l'AVC inclut une séquence structurelle, une séquence de perfusion ainsi qu'une imagerie des vaisseaux précérébraux et intracrâniens. L'imagerie de perfusion permet de distinguer le tissu cérébral hypoperfusé pouvant être potentiellement sauvé (pénombre ischémique) du tissu définitivement mort (cœur ischémique). Dans la fenêtre de temps de traitement habituelle (< 6 heures), l'imagerie de perfusion n'a pas encore prouvé son bénéfice pour sélectionner les patients en vue d'une thérapie aiguë (intraveineuse ou intra-artérielle). Cependant, le bénéfice de ces thérapies est plus élevé chez les patients présentant une pénombre importante et un petit cœur ischémique (target mismatch). Dans le futur, l'imagerie multimodale pourrait être utile pour sélectionner les patients au-delà de la fenêtre de traitement habituelle.