偏头痛的诊断应根据详细的病史做出，特别是头痛的性质及相关的症状非常重要，如头痛的部位，性质，持续时间，疼痛严重程度，伴随症状及体征，既往发作的病史，诱发或加重因素等。
对偏头痛患者应进行细致的一般内科查体及神经科检查，以除外症状与偏头痛有重叠，类似或同时存在的情况，诊断偏头痛虽然没有特异性的实验室指标，但有时给予患者必要的实验室检查非常重要，如血，尿，脑脊液及影像学检查，以排除器质性病变，特别是中年或老年期出现的头痛，更应排除器质性病变，当出现严重的先兆或先兆时间延长时，有学者建议行颅脑CT或MRI检查，也有学者提议当偏头痛发作每月超过2次时，应警惕偏头痛的原因。
国际头痛协会(IHS)头痛分类委员会于1962年制订了一套头痛分类和诊断标准，这个旧的分类与诊断标准在世界范围内应用了20余年，至今我国尚有部分学术专著仍在沿用或参考这个分类，1988年国际头痛协会头痛分类委员会制订了新的关于头痛，脑神经痛及 面部痛的分类和诊断标准，目前临床及科研多采用这个标准，本标准将头痛分为13个主要类型，包括了总数129个头痛亚型，其中常见的头痛类型为偏头痛，紧张型头痛，丛集性头痛和慢性发作性偏头痛，而偏头痛又被分为7个亚型，这7个亚型中，最主要的2个亚型是无先兆偏头痛和有先兆偏头痛，其中最常见的是无先兆偏头痛。
国际头痛协会的诊断标准为偏头痛的诊断提供了一个可靠的，可量化的诊断标准，对于临床和科研的意义是显而易见的，有学者特别提到其对于临床试验及流行病学调查有重要意义，但临床上有时遇到患者并不能完全符合这个标准，对这种情况学者们建议随访及复查，以确定诊断。
由于国际头痛协会的诊断标准掌握起来比较复杂，为了便于临床应用，国际上一些知名的学者一直在探讨一种简单化的诊断标准，其中Solomon介绍了一套简单标准，符合这个标准的患者99%符合国际头痛协会关于无先兆偏头痛的诊断标准，这套标准较易掌握，供参考：①具备下列4条特征中的任何2条，即可诊断无先兆偏头痛：A.疼痛位于单侧(或双侧)。B.搏动性痛。C.恶心(伴有或不伴有呕吐)。D.畏光或畏声。②另有两条附加说明：A.首次发作者不应诊断。B.应无器质性疾病的证据。
在临床工作中尚能遇到患者有时表现为紧张型头痛，有时表现为偏头痛性质的头痛，国内李大年等查阅了国际上一些临床研究文献后得到的答案是，紧张型头痛和偏头痛并非是截然分开的，其临床相确实存在着重叠，故有学者提出二者可能是一个连续的统一体，有时遇到有先兆偏头痛患者可表现为无先兆偏头痛，同样， 学者们认为二型之间既可能有不同的病理生理，又可能是一个连续的统一体。
1.紧张型头痛：又称肌收缩型头痛，其临床特点是：头痛部位较弥散，可位前额，双颞，顶，枕及颈部，头痛性质常呈钝痛，头部压迫感，紧箍感，患者常述犹如戴着一个帽子，头痛常呈持续性，可时轻时重，多有头皮，颈部压痛点，按摩头颈部可使头痛缓解，多有额，颈部肌肉紧张，多少伴有恶心，呕吐。
2.丛集性头痛：又称组胺性头痛，Horton综合征，表现为一系列密集的，短暂的，严重的单侧钻痛，与偏头痛不同，头痛部位多局限并固定于一侧眶部，球后和额颞部，发病时间常在夜间，并使患者痛醒，发病时间固定，起病突然而无先兆，开始可为一侧鼻部烧灼感或球后压迫感，继之出现特定部位的疼痛，常疼痛难忍，并出现面部潮红，结膜充血，流泪，流涕，鼻塞，为数不少的患者出现Horner征，可出现畏光，不伴恶心，呕吐，诱因可为发作群集期饮酒，兴奋或服用扩血管药引起，发病年龄常较偏头痛晚，平均25岁，男女之比约4∶1，罕见家族史。
3.痛性眼肌麻痹：又称Tolosa-Hunt综合征，是一种以头痛和眼肌麻痹为特征，涉及特发性眼眶和海绵窦的炎性疾病，病因可为颅内颈内动脉的非特异性炎症，也可能涉及海绵窦，常表现为球后及眶周的顽固性胀痛，刺痛，数天或数周后出现复视，并可有第Ⅲ，Ⅳ，Ⅵ脑神经受累表现，间隔数月数年后复发，需行血管造影以排除颈内动脉瘤，皮质类固醇治疗有效。
4.颅内占位所致头痛：占位早期，头痛可为间断性或晨起为重，但随着病情的发展，多成为持续性头痛，进行性加重，可出现颅内高压的症状与体征，如头痛，恶心，呕吐，视盘水肿，并可出现局灶症状与体征，如精神改变，偏瘫，失语，偏身感觉障碍，抽搐，偏盲，共济失调，眼球震颤等，典型者鉴别不难，但需注意，也有表现为十几年的偏头痛，最后被确诊为巨大血管瘤者。
5.血管性头痛：如高血压或低血压，未破裂颅内动脉瘤或动静脉畸形，慢性硬膜下血肿等均可有偏头痛样头痛。部分病例有局限性神经体征，癫痫发作或认知功能障碍，颅脑CT，MRI及DSA可显示病变。
6.偏头痛性梗死：极个别情况， 偏头痛可继发缺血性卒中，偏头痛渐进性病程和自发消退2个特点可与脑卒中区别。
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