輔助檢查
超聲檢查 超聲可顯示眼外肌增粗的形態，呈梭形的中低回聲。
CT掃描 冠狀位可顯示各條眼外肌增粗，甚至少數患者可累及上、下斜肌。軸位可較好的顯示內、外直肌增粗，眶內側壁骨質菲薄，長期眶壓升高，致篩骨紙板向篩竇弧形凹陷，雙側對稱，名“可樂瓶”征。眼球突出嚴重者，視神經受到牽拉失去生理彎曲，呈直線狀。
MRI檢查 除顯示與CT掃描相同的形態改變外，眼外肌的信號變化與治療有一定相關性。病變的眼外肌在T1加權像呈中或低信號，T2加權像如呈中或低信號提示肌肉纖維化嚴重，激素沖擊療法、化療或放療不敏感，T2加權像如呈高信號，說明肌肉處于炎性水腫期，上述治療相對敏感。
鑒別診斷
1）、肌炎型炎性假瘤 急性起病，疼痛明顯，眼瞼、結膜充血水腫嚴重，可伴有上瞼下垂，眼球運動受限，激素沖擊或放療較敏感。影像學檢查可顯示眼外肌不規則腫大，肌腹肌腱同時受累，眼環增厚等。
2）、眶內腫瘤 多種眶內腫瘤可致眼球突出，影像學檢查可顯示眶內類圓形或梭形占位，與單條肌肉肥厚的甲狀腺相關眼病極易混淆。但后者多累及雙眼，具有典型的眼瞼征并多數患者伴甲狀腺功能紊亂。
3）、上瞼下垂 單眼的先天性、外傷性或繼發性上瞼下垂者向前或上方注視時，過多的神經興奮傳遞到對側健眼，致其上瞼退縮，瞼裂過大，但無上瞼遲落，需鑒別。
4）、眼外肌內其他病變 比如：寄生蟲囊腫等。