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1.脑血管造影 脑血管造影主要了解直接型颈动脉海绵窦瘘瘘口的位置和大小，是否存在假性动脉瘤，静脉窦有无曲张，引流静脉的形式包括有无皮质静脉引流，侧枝供血动脉的情况，以及是否合并夹层动脉瘤等。
全面的脑血管造影应包括双侧颈总动脉造影，患侧颈内动脉和颈外动脉的选择造影，压迫患侧颈总动脉行健侧的颈内动脉造影，以及压迫患侧行椎动脉造影。患侧颈总动脉造影可排除合并存在的夹层动脉瘤、动脉粥样硬化性狭窄、肌纤维发育不良或其他动脉性血管病。患侧颈内动脉选择性造影可显示瘘口和引流静脉情况，而患侧颈外动脉的选择性造影则可了解颈外动脉系统是否也参与供血。健侧颈总动脉造影主要了解是否存在该侧的颈动脉海绵窦瘘或合并夹层动脉瘤或假性动脉瘤。压迫患侧颈总动脉行健侧颈内动脉造影或椎动脉造影观察两动脉系统通过Willis环的侧支供血情况。
存在直接型颈动脉海绵窦瘘情况下，海绵窦的血管造影形态差别很大。海绵窦可呈明显扩张的窦状，也可呈管状直接与硬膜的静脉窦和眼静脉相接(图1)。有些则表现为假性动脉瘤，充满整个海绵窦空间(图2)。
直接型颈动脉海绵窦瘘的流量和流速较大，脑血管造影时海绵窦往往迅速显影使瘘口位置的判断困难。以下措施可帮助显示和判定瘘口的位置：
(1)将普通造影管选择插入患侧的颈内动脉，于导管头的近侧压迫颈总动脉，然后以1ml/s的速度注射造影剂使造影管头远端的颈内动脉和瘘口缓慢显影，就可以比较容易地观察到瘘口的准确位置。
(2)用带球囊的双腔导管选择插入颈内动脉，将球囊充盈后再以前述的速度注射造影剂，也可清楚显示瘘口位置。
(3)Huber方法：压迫患侧的颈总动脉，行椎动脉造影，造影剂通过后交通动脉逆行显示瘘口的位置(图3)。
综合国外的资料，瘘口在后升段(第5段)约占40%，而前曲和前升段(第2和1段)仅占6%。因此，Parkinson有关瘘口多在海绵窦段颈内动脉的前部的说法不是很准确。
瘘口的大小和位置在制定治疗方案时非常重要。绝大部分直接型颈动脉海绵窦瘘可用球囊成功闭塞瘘口。球囊不能进入瘘口时，可用导引微导管通过瘘口进入海绵窦内，放置微弹簧圈填塞海绵窦。有些瘘口小，流速慢的颈动脉海绵窦瘘可单纯经颈总动脉压迫方法治愈。瘘口过大或颈内动脉断裂者则需闭塞颈内动脉。
假性动脉瘤或海绵窦异常扩张可导致致命的鼻出血和颅内出血，应积极治疗。夹层动脉瘤的存在往往会影响颈动脉海绵窦瘘的治疗方案。如果对侧合并有夹层动脉瘤，在治疗上则不能闭塞患侧的颈内动脉。而颈内动脉海绵窦段的夹层动脉瘤累及到瘘口附近时，应将瘘口和颈内动脉一并闭塞。在闭塞颈内动脉时一定要充分了解侧支循环的建立情况。
静脉的引流形式与临床症状关系密切。眼上静脉引流的颈动脉海绵窦瘘，通常有典型的眼部症状和体征。岩上、下窦引流者，易于出现脑神经麻痹症状。而皮质静脉引流者，则容易出现颅内出血，颅内高压和神经功能障碍。
2.CT和MRI检查 增强的CT或MRI上可见到明显扩张的眼静脉，眼球突出，眼外肌充血增厚，眼睑肿胀，球结膜水肿，鞍旁结构密度或信号明显增高，增粗的皮质引流静脉及伴随的脑水肿以及颅脑外伤性改变如颅骨及颅底骨折、脑损伤和颅内血肿等。
3.经颅多普勒超声 能无创、实时地了解颈动脉海绵窦瘘的血流动力学参数：
(1)测定患侧颈内动脉的流速，包括收缩期血流速度Va、舒张期血流速度Vd及搏动指数PI。通常直接型瘘的血流速度增快，尤其是舒张期流速增快更明显，可达200cm/s以上;同时，搏动指数降低，在0.5以下。间接型瘘血流速度和阻力指数可正常或变化不明显。
(2)经眼眶测定眶周静脉的异常频谱可协助诊断颈动脉海绵窦瘘。眼静脉及眶周静脉是颈动脉海绵窦瘘最常见的引流静脉，可发现眼上静脉高流速、低阻力的动脉化血流征象，血流速度几乎比正常侧高1倍，而搏动指数则减少一半左右，当治疗有效时恢复正常。
(3)经颞窗探测颅内血流，可了解盗血情况，发现大脑中动脉、大脑前动脉及对侧的大脑前动脉的平均血流速度增快，同侧的大脑前动脉血流方向逆转，前后交通动脉开放。
(4)指示血流方向，TCD除了能检测血流速度外，还能提示血流方向的改变，因而可用于判断侧支循环情况及引流静脉的血流方向。TCD检测有助于颈动脉海绵窦瘘的早期诊断、选择治疗方案和评价疗效。
4.单光子发射电子计算机体层扫描(SPECT) 是无创的脑灌注及脑代谢的检查方法。应用99mTc HMPAO等放射性核素，检测颈动脉海绵窦瘘血管内治疗前后脑灌注量，评价疗效。用于Matas试验可反映侧支循环状况。如果大脑前动脉及大脑中动脉供血区的放射性核素的减少小于15%，闭塞颈动脉不会产生神经功能缺失症状。因此，SPECT对颈动脉海绵窦瘘的诊断和治疗有一定指导作用。