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病理学检查：颈内动脉海绵窦段常有管壁薄弱病变，如粥样动脉硬化、动脉瘤、动脉炎等，一旦动脉破裂，瘘孔邻近的窦腔高度扩张，窦内充满动脉血，管壁纤维增生而变厚。眼静脉承受动脉血及动脉压，在静脉扩张的同时周围纤维组织增生，管壁也增厚。这种血管改变波及全眶内。眶内动脉压低而静脉压高，静脉内充满动脉和静脉血流，颜色较纯静脉血鲜红。眶内肌肉循环不畅，纤维增生，慢性炎细胞浸润，眼外肌增厚。房水静脉压力增高，波及巩膜静脉窦，引起扩张，眼球内处于高静脉压和静脉淤血状态。眼压增高造成视网膜视盘损害，可出现病理性凹陷，视网膜水肿等青光眼改变。静脉渗液，积存于脉络膜上腔，引起睫状体-脉络膜脱离。颈动脉海绵窦瘘将造成末梢动脉缺血和末梢静脉淤血，由此引起一系列病理改变。
影像学检查在辅助CCF的诊断中至关重要，典型的临床体征结合1项或多项影像学发现往往即可作出正确的临床诊断。超声在辅助CCF的诊断中不可或缺。标准化A/B超不但可发现SOV、IOV扩张，眼外肌增粗，而且可精确测量血管直径，最重要的是可动态观测SOV(眼上静脉)、IOV(眼下静脉)与脉搏同周期的搏动，这是动脉血灌注至静脉的直接证据。
1.超声波检查 A超在视神经与上直肌间呈现典型的低反射波峰和明显的血流波峰，即扩张的眼上静脉内有低微的血流搏动。如果波峰搏动可致波峰上方图像显示不清。其他可显示眼外肌增厚、视神经增粗等表现。
目前临床普遍使用的是眼科专用(10MHz)的B型超声，一般很难发现正常眼上静脉。眼上静脉扩张是本病的特征表现。眼上静脉位于上直肌与视神经之间，呈圆形或管状低回声。扩张的眼上静脉自鼻上方向眶上裂方向延伸。超声发现眼上静脉扩张的同时，用探头压迫可见扩张的血管明显搏动，压迫同侧颈动脉可使搏动消失(图2C～E)。眼上静脉瘘内的血液速度和瘘口的大小呈轻度或中高度扩张，严重时可扩张至10mm以上。部分病例可同时显示眼下静脉扩张。其他的超声所见有眼外肌、视神经增粗及少见的脉络膜脱离。
2.CDI 彩色多普勒则显示此眼上静脉扩张并呈动脉频谱，显示出低阻力动脉化频谱，根据血流动力学测定可鉴别高流瘘和低流瘘(图2F)。彩色多普勒超声可测出SOV、IOV中的血流参数即收缩期流速、舒张期流速和阻力指数，随访这些参数的变化对于了解供血状况以及判断预后有重要价值，是其他任何影像学检查不可替代的。
3.CT扫描 CT检查可显示增粗的SOV和眼外肌，少数病例还可发现海绵窦扩大，密度增高，强化后显示更加清晰。横轴位CT的优势在于显示增粗的SOV在眶内的走行和全程形态改变;IOV管径较细，横轴位不易显示，而冠状CT则可发现IOV的增粗。CT检查还能够发现是否伴随颅底、眶壁骨折，从而为外伤性CCF诊断提供支持。但CCF的CT征象与痛性眼肌麻痹有很多相似之处，重要的鉴别点是前者扩张静脉有搏动，而CT无法动态显示。因此，经验丰富的医生将超声与CT相结合大多可做出正确的临床诊断。CT显示眼球突出、眼外肌肥厚、眼上静脉增粗(图2A、图2A～C)，增强后可同时显示患侧海绵窦扩大。如有头部外伤可显示患侧眼眶骨折或颅骨骨折(图3)。
4.MRI 不但可显示CCF的形态学改变，而且血流速度也是成像的因素：MRI成像具有流空现象，血流速度越快，信号越低。扩张的SOV在T1、T2加权像上均呈低信号，病程较长者，静脉内血栓形成，流速减慢，呈中低信号。海绵窦内因有动脉血瘘入，T1、T2加权像均表现为扩大的海绵窦区杂乱的低信号影，MRI可作为与其他类似疾病鉴别的检查手段。MRI是检查血管病变的重要手段，CCF患者可查见扩张的海绵窦和迂曲的SOV呈高信号，单此一项检查即可明确诊断(图2G)。总之，多种影像学检查联合应用在发现SOV、海绵窦区的形态学改变，排除眶内肿瘤、甲状腺相关眼病等方面价值颇大。MRI可显示扩张的眼上静脉直接与海绵窦沟通。
5.DSA 血管造影是诊断CCF最可靠的方法，也称“金标准”。选择性动脉造影可显示动脉期海绵窦及眼上静脉显影，确定瘘口位置和大小(图2，3，4)，并为治疗提供依据。如果怀疑为CCF且经济条件允许，无明显禁忌证，都应做DSA检查。在CCF的DSA检查中，阳性发现率100%。瘘的供血来源和大小直接决定手术方案的确定和手术时机的选择。颈内动脉直接供血者，临床症状严重，眼部静脉回流受阻，最终继发青光眼，视力丧失。颅内动脉“盗血”日益严重，异常的引流会诱发癫痫等神经系统症状，故应及早治疗。颈内动脉直接供血者均在明确诊断后及时介入栓塞治疗，预后较好。硬脑膜海绵窦瘘的临床表现与供血动脉的数量、血流量及引流是否通畅密切相关。颈内和颈外动脉都参与海绵窦及硬脑膜的供血，因此这类患者DSA检查常表现为多支细小动脉供血，同侧、对侧甚至双侧同时供血。瘘血的引流方向也是DSA检查的重要目的。一般患者均有眼静脉的引流，因此出现眼部症状。岩下窦、海绵间窦也是重要的引流通路。皮层和深静脉的引流虽占少数，但易诱发神经系统症状，应高度重视。
应该指出，少数病例因供血动脉构成复杂，先天血管变异多，病史长，完全认识其病理生理过程还相当困难。图4患者左侧头部车祸伤后，左眼视力丧失，左眼球突出，上睑下垂，眼球固定，结膜充血水肿，伴左侧耳鸣，后眼球突出、耳鸣、结膜充血水肿逐渐消退，3个月后右眼出现相似症状。DSA检查显示：左侧颈内动脉血直接瘘入海绵窦，经海绵间窦向右侧海绵窦引流，并引流至右眼静脉，左眼静脉未显影。分析病史，考虑其发病过程可能为：发病初期左侧颈内动脉血瘘入海绵窦，引流入左眼静脉，引发左眼上述症状，后左眼静脉血栓形成，瘘血在向前阻力增大后，经海绵间窦向右侧引流，致右侧海绵窦压力升高，瘘血引流入右眼静脉，出现右眼症状。
