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扩散张量成像(DTI)是一种非侵入性的能提供活体内水分子扩散运动的成像技术，它能检测传统MRI所不能观察到的组织的微观变化，是MR成像技术的重大突破。本文以重大神经疾病的临床应用为目标，主要研究工作包括基于扩散张量成像的模式分类、长度规一化的白质纤维束定量分析方法、组图映射的白质纤维束定量分析方法及它们在多发性硬化研究中的应用。
基于脑影像信息的模式分类是目前脑影像研究中的热点课题。由于脑影像数据具有数据量大、维数高的特点，这对特征提取的要求很高。本文提出了一种基于扩散张量信息的二维直方图的特征提取方法，它有效的综合了DTI所提供的表观扩散系数(ADC)与分数各向异性(FA)的信息，并将此方法用于复发型视神经脊髓炎(RNMO)与复发好转型多发性硬化(RRMS)的模式分类。这两种疾病不管在临床表现上还是在脑影像上都有很多相似的特征，因此在临床上这两个疾病比较难以鉴别。我们的基于扩散张量信息的二维直方图的模式分类方法能较好的区分这两种疾病，其“留一法”正确分类率达到85.7％，这对临床诊断是具有重要意义的。而且，此方法不受病程的影响，因此，我们的方法可用于RNMO疾病的早期诊断，此外，我们还将该方法用于脑MRI阴性扫描的RNMO病人的模式判别，其“留一法”正确分类率达到87.5％，而且，还得到了RNMO疾病的判别区域。其结果表明，RNMO病人的表现正常的脑灰质存在隐匿性损伤。
由于个体间的白质纤维束的长度受其脑大小的影响，因此，其长度在不同个体之间是不一样的，这对组水平的纤维束定量分析带来了困难。为了克服这个问题，我们提出了一种长度规一化的白质纤维束定量分析方法，其优点在于建立了不同个体间纤维束的可比性，而且可以沿着纤维束做定量分析，为分析疾病的病理机制提供重要的参考。我们把该方法用于RNMO病人的锥体束研究，发现RNMO病人的锥体束的下方存在着异常，这种异常认为是继发于脊髓的病灶引起的。
对于器质性的疾病，其FA值比正常组织低，特别是在病灶区，其FA值更低，这导致了纤维跟踪在这些区域是不可靠的。为此，我们改进了一种组图映射的白质纤维束定量分析方法。我们把这种改进的方法用于RRMS病人的锥体束研究，发现RRMS病人的表现正常的锥体束有异常，这种异常认为是由Wallerian变性引起的。