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1.部磁共振（MRI）检查：目前高分辨率MRI和第3代CT能发现直径≤5mm的肿瘤由于MRI的3D成像优点可显示CT难以发现的小转移瘤、脑膜转移瘤、小脑及脑干的转移瘤，MRI已作为首选检查。脑转移瘤的MRI信号无特异性，多为T1加权成像为低信号，T2加权成像为高信号，由于转移瘤周围脑水肿明显，因此小转移灶在T1加权成像难以显示，但在T2加权成像则显示清晰。静脉注射顺磁性造影剂（Gd-DTPA）后可提高本病发现。若基底池、侧裂池、皮质沟回和小脑幕上有强化结节，常提示脑膜转移瘤。一般增强用Gd-DTPA剂量为0.1mol/Kg，双倍或三倍增强结合延迟扫描能发现直径1～2mm的微瘤，从而使脑转移瘤的早期诊断成为可能。
对脑脊液找到癌细胞的脑膜转移瘤，MRI检查38%可见脊髓或脊神经根播散。
2.计算机断层扫描（CT）检查：目前常在无MRI设备或病人禁忌行MRI检查（体内有心脏起搏器或其它带磁植入物）时，才考虑做CT检查。脑转移瘤CT的典型表现为边界清楚、圆形、低密度肿块，增强后可有不均匀强化，如肿瘤囊变或出血，可出现“环征”，似脓肿，但这种强化环的壁较厚且不规则，有时可见瘤结节。脑转移瘤出血时则呈非钙化性均匀高密度影或高密度影中央伴低密度区（囊变），有时可见液平，增强后呈弥漫性密度增高或环状或结节状增强。转移灶周围脑水肿明显。
脑膜转移时CT平扫表现为脑池、脑沟密度增高和脑积水，也可表现正常，说明该区域受肿瘤浸润而血管通透性增高，增强后则表现为脑池、脑沟弥漫强化和皮质结节性强化。
全身CT可发现原发肿瘤和颅外其他转移灶。
3．X线检查：头颅X线检查可有颅内压增高表现，对颅骨转移瘤有一定诊断价值。由于肺癌是最常见的原发肿瘤，对怀疑脑转移瘤的患者应常规做胸部X线检查，一般胸透的阳性率仅为25%，胸片阳性率为75%，因此胸部X线检查阴性者仍不能排除本病。同样，对有些病人应进行胃肠道、泌尿道和骨骼系统的X线检查。
4．脑脊液检查：是脑膜转移瘤诊断的一种主要方法，对有颅内压升高的病人应在静脉给予脱水剂后小心操作。其应用价值为：⑴寻找肿瘤细胞，需反复多次检查，以提高阳性率（一般阳性率为80%），曾有6次腰穿始发现癌细胞的报告；⑵脑脊液常规和生化异常，见于多数病人，如白细胞增多，糖降低，蛋白质增高，细菌和真菌培养阴性；⑶迄今虽没有诊断本病的特异性生化指标，可是下列一些指标在脑膜转移瘤时可增高：β-葡萄糖醛酸酶（β-GR）、β-微球蛋白、癌胚抗原（CEA）、组织多肽抗原、葡萄糖磷酸异构酶（GPI）、碱性磷酸酶（AKP）、肌酸激酶-BB等。β-GR和β-微球蛋白在80%的淋巴瘤或脑膜播散者中增高；CEA和GPI在半数脑膜转移中增高；组织多肽抗原和肌酸激酶-BB在乳癌脑膜转移中大多数增高；AKP在肺癌脑膜转移中增高。⑷绒毛膜促性腺激素测定对绒癌脑转移诊断有价值。
．CTA、MRA和DSA：虽然CT和MR在诊断脑转移瘤上已取代脑血管造影，但是，在某些转移瘤如甲状腺癌或肾腺癌转移，为了解肿瘤血供，或者在某些出血性转移灶与其它出血病变鉴别时，CTA、MRA和DSA有时还是重要检查方法。
．立体定向穿刺活检：对经以上各种检查仍不能明确诊断者，可行立体定向活检术。对怀疑脑膜转移者，可经枕下小切口暴露枕大孔，取枕大池蛛网膜检查。
．核素检查：核素成像在转移瘤部位可见放射核素浓集区，但鉴别诊断的意义不大。核素骨扫描可发现有无颅骨转移。正电子断层扫描(PET)有助于鉴别高度和低度恶性肿瘤，也可区分肿瘤复发与放射坏死或术后反应，以及发现脑外转移灶或原发灶。