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内頚動脈は脳、眼窩の諸器官、および前頭部に血液を供給する。総頚動脈から甲状軟骨の上縁の高さで分岐し、ほぼ直線的に頚動脈管の外口へ向かう。この管を通過後、蝶形骨の頚動脈溝に達し、海綿静脈洞内を走行する。最終的に、小翼突起の内側で脳膜を貫き、急激に後上方へ屈曲して終枝に分かれる。
**局所解剖：**頚部では、内頚動脈は初め外頚動脈の外側やや後方にあるが、次いで外頚動脈の後方で内側に屈曲する。ここでは頭長筋と椎前筋膜のすぐそばにあり、内側に咽頭が接している。咽頭壁の傍らを上行する際、この動脈と外頚動脈の間に茎突舌筋と茎突咽頭筋が位置する。内頚静脈を伴うが、この静脈は内頚動脈の後外側にあって頭蓋に達する。内頚動脈と内頚静脈の間でその後方を迷走神経が走り、さらに後内側に交感神経幹がある。
起始から終枝に分かれるまでの間、内頚動脈の走行は複数回屈曲する。全部で5つの弯曲が区別され、そのうち2つは頚部に、残り3つは頭部にある。第1の弯曲は外頚動脈の後方で外側から内側に向かい、下方の頚部弯曲と呼ばれ、後外側に突出する弧を形成する。第2の弯曲は上方の頚部弯曲で、頭蓋底のすぐ下方にあり、前内側に突出する弧を描く。これら2つの頚部弯曲を合わせると逆S字形となる。続いて頚動脈管内で第3の弯曲が生じ、ここで上方への進行方向が矢状方向に変わる。第4の弯曲は軽いS字状を呈し、蝶形骨体の側壁で頚動脈溝と海綿静脈洞の位置にある。第5弯曲も蝶形骨体の側壁にあり、前方に突出した弧を描く。
これらの弯曲は、脳や眼への血液供給機構に関して重要な意味を持つと考えられる。その役割については、内頚動脈の一部が小さな静脈叢と交感神経網のみを伴って骨内の管を通過すること、およびこの動脈の経路が非常に保護されていることが重要な意味を持つであろう。
**神経支配：**主に交感神経によるが、半月神経節からも枝を受ける。
**変異：**稀に内頚動脈が大動脈弓から直接分岐することがある。また、まれにこの動脈が完全に欠如する例もある。1899年に報告された1例では、左内頚動脈が頭蓋近くで左椎骨動脈を分岐し、これが舌下神経管を通って頭蓋腔に達していた。
海綿静脈洞内で内頚動脈が迷行動脈（A. aberrans）を出し、これが後方に向かって脳底動脈と吻合していた例がある（F. Hochstetter）。このような変異がある場合、脳の回転に異常な配列が見られることがある（M. Flesch）。
内頚動脈の枝：頚部では通常、内頚動脈から枝は出ない。頚動脈管内で細い頚鼓小管枝（R. caroticotympanicus）を鼓室に送り、これは鼓室で他の動脈の小枝と吻合する。第2の小枝は翼突管動脈に至る。海綿静脈洞内では数本の小枝が分岐し、静脈洞の壁やその内部を走る神経、半月神経節、また下垂体に達する（RK643(眼動脈とその枝) ）。本来の枝分かれは頭蓋腔内で初めて観察される。
2. 後交通動脈 Arteria communicans posterior