随着现代影像技术的发展，人们对脑结构、脑功能及其在神经疾病中生理、病理变化的研究发生了根本性的变化。磁共振成像以其无创伤性、无放射性和高度的软组织分辨力等特点逐渐成为临床和基础研究的重要手段。本文重点探讨了基于磁共振图像的脑形态学与功能分析的相关方法，以及在多种神经疾病研究中的应用。主要研究工作包括以下几个方面:　　 (1).本文提出了一个基于扩散张量成像(DTI)的视神经和视辐射纤维束分析框架。该框架通过对成像参数的优化，克服了视神经因眼球不自主颤动及周围筛窦组织造成的伪影问题;提出了一个基于多感兴趣区的视辐射纤维束提取方法，通过与解剖学先验知识的结合，实现了对视辐射纤维束有效地定位和提取。采用了一种基于多模态数据的配准算法，建立了不同个体间视神经、视辐射的对应关系。我们将该框架应用在对特发性脱髓鞘性视神经炎（IDON）患者视神经和视辐射变化的研究中。研究结果表明，与正常对照组相比，急性期患者和缓解期患者的视神经扩散张量指标存在着不同的显著性变化——急性期IDON首发病例视神经的FA值降低，λ⊥值升高。缓解期IDON（包括首发和复发）病例视神经的FA值降低，MD值、λ(||)值和λ⊥值均显著升高。同时，与正常对照组相比，病程少于一年的患者和病程超过一年的患者视辐射的扩散指标也存在显著差异。该研究显示了DTI指标对视神经在IDON早期变化的敏感性及辅助临床早期诊断和评估的可行性。　　 (2).外侧膝状体(LGN)是视觉传导通路的一个重要组成部分，但是它结构复杂，尺寸细小，难以识别。本文提出了一种基于磁共振结构像的LGN半自动分割算法。该算法结合解剖学先验知识，通过灰度不均匀性矫正，图像增强等手段识别出与LGN相关的标志性解剖结构，进而利用区域增长算法实现了在活体影像中对LGN的定位和测量。该算法在临床数据中的结果验证了其良好的可靠性和较高的准确率。该方法在55名健康被试中的测量结果表明LGN体积与年龄之间存在显著的负相关性，提示视觉功能的退化可能存在神经系统方面的因素。研究同时也发现了健康被试LGN体积的侧别差异，提示与个体优势眼之间的潜在关系。此外，在视外伤患者的研究结果表明，视外伤1个月和3个月的患者健眼侧和患眼侧的LGN的体积没有显著差别。但是与正常对照组相比，外伤1个月和3个月之内的患者LGN体积（双侧之和）出现了显著地下降。　　 (3).本文提出了一种在全脑体素，纤维束骨架和感兴趣区三个层面上开展白质纤维束研究的方案，并应用在对重症抑郁症(MDD)的研究中。结果证实了MDD患者组右侧顶叶区扩散FA值存在着显著下降。我们又考察了中央中核，丘脑背内侧核团与多个丘脑区域和皮层区之间的白质连接的变化。结果表明MDD组双侧中央中核与基底节内的壳核之间纤维束的FA值出现显著下降，且差异性与病情的严重程度——HAMD指标密切相关。此外，我们也发现中央中核与基底节内的壳核和苍白球之间纤维束FA值与HAMD存在显著正相关;而丘脑背内侧核团与背外侧前额叶之间纤维束FA值与HAMD存在显著负相关。　　 (4).本文提出了一种结合皮层厚度和静息态功能网络连接分析的方法，并将其应用在MDD的研究中。研究结果表明MDD患者在背外侧前额叶皮层和背内侧前额叶皮层，颞上回，扣带回中后部的皮层厚度出现了显著下降。进一步的研究表明，背内侧前额叶皮层与默认网络区域之间的静息态功能连接显著下降，与突显性网络区域之间的静息态功能连接显著上升。这些结果表明了MDD患者背内侧前额叶皮层厚度的变化对静息态脑功能的影响，从而为抑郁症发病机理的探讨提供了重要的依据。