CT可见双侧基底节钙化。Leigh综合征的头MRI显示双侧基底节、中脑导水管周围、四脑室底部对称长T2信号，少数患者存在脑白质弥漫性异常。KSS的头MRI多表现为脑萎缩，皮质下白质以及丘脑、基底节和脑于的长T2信号。MNGIE的头MRI显示脑白质营养不良改变，Alpers综合征的头MRI多表现为脑萎缩以及皮质下白质长T2信号，以顶叶和枕叶为主。MRS可见乳酸峰。对伴随心脏损害的患者应当常规进行心肌MRI检查，可以发现亚临床的心肌病改变。
四、病理检查
主要用于伴肌肉损害的疾病类型，一般取肢体近端肌肉标本进行冰冻切片的组织学和酶组织化学染色。可见破碎红纤维、琥珀酸脱氢酶深染的肌纤维或血管、细胞色素氧化酶C阴性肌纤维以及深染的肌纤维，上述改变也出现在其他神经肌肉病。年龄大于40岁的健康人可以出现个别细胞色素氧化酶C阳性的破碎红纤维、琥珀酸脱氢酶深染肌纤维以及细胞色素氧化酶C阴性肌纤维，不能单独依靠肌肉活体组织检查(活检)确定是线粒体病，许多核基因突变导致的线粒体病没有骨骼肌的形态学改变。
五、基因检查
mtDNA突变率在不同组织存在巨大差异，需要依据线粒体病的类型选择不同组织标本进行检查。因mtDNA或核基因突变的类型不同以及各种类型的线粒体病具有独特突变规律，可以选择进行一代或二代基因检查方法，在MELAS重点查mtDNA的A3243G点突变，在MERRF重点查mtDNA A8344G点突变，母系遗传的Leigh综合征和NARP主要查mtDNA T8993C突变，
散发型CPEO、KSS、SANDO重点查mtDNA片段缺失，LHON重点查mtDNA G11778A及T14484C突变。MSCAPS、Alpers综合征以及CPEO叠加综合征重点查核DNA的1-聚合酶基因。老年人可以出现少量mtDNA小片段的丢失，属于正常的老化改变。检测到的突变需要结合临床、其他辅助检查结果以及既往报道确定是否为致病突变，没有典型临床表现特点的mtDNA致病突变，可以确定为mtDNA突变携带者。
诊断和鉴别诊断
线粒体病具有神经系统易于受累以及多系统损害的I临床特点，依据临床表现以及常规的MRI或电生理改变，可以考虑到线粒体病的可能性。而后进行线粒体病生物标志物测定、线粒体基因和呼吸链复合体功能检查，如果发现的异常具有致病性，而非老化或继发性改变，即可确定诊断并进行分型。有些伴肌肉损害的患者需要通过肌肉活检加以证实(图1，表1)。鉴别诊断因线粒体病不同类型而异。
1. 线粒体脑病：在诊断Leigh综合征和Alpers综合征过程中临床和影像学检查有所提示，而后依靠基因检查确诊。Leigh综合征需要和其他Leigh样综合征鉴别，包括伴随基底节损害的生物素硫胺素反应性基底节病、有机酸尿症、病毒感染以及免疫性疾病等。Alpers综合征在临床上主要和高氨血症或其他儿童肝脏功能衰竭伴随脑病进行鉴别；MSCAP在临床上主要需要排除其他类型的脊髓小脑性共济失调。
2. 线粒体脑肌病：在诊断MELAS、MERRF、KSS和MNGIE过程中临床和影像学对诊断最重要，而后进行肌肉活检或基因检查进一步证实诊断。MELAS需要鉴别的疾病包括病毒性脑炎、糖皮质激素反应性脑病、脑小血管炎、Moyamoya病、静脉血栓形成、癫痫后可逆性脑病、甲基丙二酸血症、高氨血症。MERRF要和其他原因导致的共济失调伴随癫痫发作的疾病进行鉴别，特别是伴随癫痫的小脑性共济失调以及其他有机酸尿症。MNGIE主要和其他慢性胃肠道疾病鉴别。
3. 线粒体神经病：在诊断LHON、NARP和SANDO中临床和神经电生理检查对诊断最重要，主要依靠基因检查明确诊断。LHON需要排除其他急性或亚急性的视神经病，特别是视神经炎以及其他系统性疾病伴随视神经损害。NARP需要排除其他类型的遗传性小脑性共济失调，特别是脊髓小脑性共济失调7型；SANDO主要需要排除其他慢性进行性眼外肌瘫痪叠加综合征以及Fisher综合征。
4. 线粒体肌病：在诊断CPEO和MLGM过程中临床表现、肌电图最重要，而后通过肌肉活检和基因检查明确诊断，CPEO在临床上的鉴别诊断主要包括出现眼外肌瘫痪的重症肌无力、眶肌炎、眼咽远端型肌营养不良以及Fisher综合征。MLGM在临床上的鉴别诊断主要是脂肪累积性肌肉病、糖原累积性肌肉病、肢带型肌营养不良、肌原纤维肌病以及多发性肌炎。有时肢带型肌营养不良、肌原纤维肌病以及多发性肌炎可以伴随出现肌纤维内的线粒体聚集，基因检查一般都是多发小片段丢失。
治疗和管理
线粒体病的治疗包括饮食治疗、物理治疗、药物支持治疗和症状治疗以及避免使用导致疾病加重的药物。
一、饮食治疗
应当保持充足的饮食以维持能量代谢的平衡和稳定，避免饥饿、饮酒、高脂肪低糖饮食。在MELAS发作期需要生酮饮食。
二、运动疗法
有氧耐力锻炼可以提高线粒体肌病患者的肌力以及降低线粒体基因的突变比例，对线粒体肌病有利。尽可能不要在空腹或饥饿状态下过度活动或用脑，其时间控制在12h内，防止诱发代谢危象。一般从低强度短时间的锻炼开始，逐渐增加锻炼的强度和持续时间，有发热、肌肉疼痛、肌肉痉挛者都不宜锻炼。
三、慎重使用的药物
这些药物包括：(1)抗病毒药物：拉米夫定、替比夫定和齐多夫定等；(2)干扰素类药物；(3)心血管药物：利多卡因、卡维地洛、奎尼丁、异丙肾上腺素、氯吡格雷、阿司匹林和玛多明；(4)抗肿瘤药物：异环磷酰胺、卡铂；(5)大剂量长时间糖皮质激素；(6)抗生素：利福平、氨基糖甙抗生素、氯霉素、阿霉素、四环素；(7)他汀类药物；(8)双胍类降糖药物；(9)抗癫痫药物：鲁米娜、苯妥英、卡马西平、奥卡西平、乙琥胺、唑泥沙胺、加巴喷丁、氨己烯酸、丙戊酸钠、苯巴比妥。
患者可以接受全身麻醉。要保持电解质稳定，避免代谢紊乱及酸中毒。术前禁食期间应静脉点滴含糖液以避免出现分解代谢增强，加重线粒体功能障碍。
四、针对线粒体功能障碍的药物治疗（表2）
至今的临床观察研究还没有证明哪种药物对线粒体病有确切的疗效，但对患者的一些症状能够改善。
1. 抗氧化、清除自由基类：(1)醌类药物，辅酶Q10和艾地苯醌，分次随餐服用，大剂量的艾地苯醌主要用于LHON的早期治疗；(2)维生素E。
2. 补充代谢辅酶类：(1)瓜氨酸和精氨酸：主要用于MELAS；(2)亚叶酸：主要用于KSS治疗；(3)维生素B1：对丙酮酸脱氢酶缺陷的患者有较好疗效，对呼吸链酶复合体I缺陷的线粒体病也有治疗效果；(4)维生素B2：对二氢硫辛酰胺脱氢酶缺陷导致的线粒体肌病有效，单纯呼吸链复合体II缺陷的患儿尤其有效。
五、症状性治疗
1. 癫痫的治疗：治疗原则与其他病因导致的癫痫的治疗基本一致，拉莫三嗪、苯二氮卓类、托吡酯和左乙拉西坦均可用于线粒体病患者的癫痫治疗，拉莫三嗪和左乙拉西坦为治疗MERRF的一线药物。
2. 心脏病治疗：行心脏起搏器治疗。患室性心动过速或肥厚性心肌病伴严重低血压的患者，可安装植入式心脏复律除颤器，存在冠状动脉病变或外周血管硬化的患者需行血管介入治疗。
3. 手术治疗：线粒体病患者上睑下垂以及斜视症状，多数患者需行2次或3次手术以获得长期效果。环咽喉肌失迟缓导致KSS出现吞咽困难者，切除部分肌肉后可改善。线粒体耳聋患者佩戴助听器无效时可植入耳蜗。线粒体心肌病患者经过评估后可以进行心脏移植。