扩散磁共振成像（diffusion magnetic resonance imaging,dMRI）能够测量组织中水分子的扩散,是评估组织微结构特性的有效手段。并且,dMRI是目前唯一被广泛应用于白质纤维束无创可视化的成像技术。然而,dMRI在临床应用及科学研究上的潜力并没有得到充分的挖掘,仍有很多的应用场景值得探索。因此,本文试图利用dMRI微结构特征及脑白质纤维束追踪技术,为临床和基础科学问题提供一些新的研究视角,开展了以下研究:（1）探究体素水平的dMRI微结构特征能否改善局灶性皮层发育不良（focal cortical dysplasia,FCD）病灶探测;（2）利用dMRI纤维束追踪探究手术前后斜视患者主要白质纤维束的微结构特性;（3）结合dMRI纤维束追踪及血氧水平依赖对比（blood oxygen level-dependent,BOLD）功能磁共振成像探究视放射（optic radiation,OR）子束的白质功能意义。研究一,基于dMRI的FCD病灶自动探测:FCD病灶的精准探测是切除手术成功的关键,本研究利用体素水平的dMRI微结构特征及T2加权像（T2-weighted image,T2WI）强度特征实现FCD病灶自动分类识别,以探究dMRI在FCD病灶自动探测方面的价值。本研究使用12例FCD患者的1.5T MRI数据对GPML（Gaussian processes for machine learning）和SVM（support vector machine）分类器进行训练及交叉验证,并比较单模态与包含dMRI特征的多模态特征对GPML分类性能的影响。结果表明,与SVM（AUC=0.69）相比,本研究提出的GPML（AUC=0.76）范式性能更优,且对不平衡数据集更加鲁棒。同时,基于dMRI特征（AUC=0.63）与基于T2WI强度特征（AUC=0.64）的单模态GPML性能相近。并且,包含dMRI特征的多模态特征能够显著改善GPML的性能。上述结果表明,基于包含dMRI的多模态特征结合GPML能够显著提高FCD病灶探测的精度,为FCD病灶精准探测提供了新思路。研究二,手术前后斜视患者的主要白质纤维束研究:本研究通过dMRI探究斜视患者术后视觉功能改善的神经机制。本研究收集了恒定性外斜视患者手术前（n=19）、手术后（n=15）及健康对照（n=20）的dMRI数据,并评估了眼优势（ocular dominance,OD）和立体视。本研究首先计算24个重建白质纤维束的平均扩散率（meandiffusivity,MD）和各向异性值,然后评估这些纤维束微结构参数的组间差异。此外,本研究评估了 OD与微结构参数变化的绝对值的相关性。结果表明所有患者术后都恢复了正常的立体视,但大多数患者的OD仍然异常（9/11）。与术前相比,术后患者的MD沿左侧丘脑前辐射（anterior thalamic radiation,ATR）、左侧弓状束（arcuate fasciculus,AF）、左侧皮质脊髓束（corticospinaltract,CST）、左侧扣带束扣带部（cingulum cingulate,CGC）及左侧下额枕束显著下降。并且,OD与左侧ATR、左侧AF、左侧CST及左侧CGC的MD变化绝对值呈现负相关。上述结果表明手术后立体视的恢复可能与视觉空间相关纤维束的微结构变化有关。此外,相关分析结果表明平衡的双目输入可能更有利于包括立体视在内的双目视觉功能的改善及恢复。研究三,人类OR子束的群体感受野（population receptive field,pRF）评估:尽管大脑白质功能活动已经被可靠的探测,但基于dMRI重建及分割的OR子束的白质功能意义尚未被探究。本研究选用来自人脑连接组计划的7T视网膜拓扑公开数据集重建OR,并根据其终点初级视觉皮层（V1）处的感受野特性将其分割成纤维子束。本研究制作了不同约束度的白质mask以抑制灰质信号的干扰,从而获得了不同约束度的OR子束（约束度1、约束度2及约束度3子束）,并利用pRF模型评估这些子束的感受野特性。本研究评估了约束度1子束与其终点V1处的pRF参数一致性,同时,分别评估了约束度2子束,约束度3子束与约束度1子束pRF参数的相关性。结果表明不同约束度子束的pRF参数都符合标准的视网膜拓扑特性,并且约束度1子束与其终点V1处的pRF参数具有很好的一致性。另外,约束度2子束、约束度3子束都与约束度1子束的pRF参数具有很强的相关性,表明OR子束的评估没有受到邻近灰质信号的污染。上述结果表明OR子束BOLD信号表征了高保真度的视觉信息。综上,本文研究表明dMRI结合特定的分析范式为FCD病灶自动探测、斜视术后立体视恢复的神经机制及OR子束功能意义的探究等领域提供了新的研究视角,促进了相关领域的研究进展。