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偏头痛是一种反复发作的、可致残的神经内科疾病,临床上表现为搏动样、中重度头痛,对外界刺激敏感,可伴随畏声、畏光、恶心和呕吐等症状。偏头痛在全球具有较高的发病率,能够造成患者严重的经济负担,严重可丧失劳动能力。偏头痛已成为一个影响公共健康的重要问题。目前对偏头痛的病理机制知之甚少,临床治疗只能做到缓解头痛症状,无法完全治愈。前期的神经影像学帮助我们对偏头痛的影像学表型有了一定的了解,但存在一些不足之处,比如样本量小、方法单一、缺乏系统性等。多模态磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）技术能够帮助我们系统性的窥探偏头痛的病理机制,为临床诊断和干预提供可参考信息。本论文招募50例无先兆偏头痛患者（migraine without aura,MWoA）和50例健康对照,采集其多模态MRI数据,探究与MWoA病理机制相关的影像学特征,包括弥散张量成像（diffusion tensor imaging,DTI）数据、静息态功能MRI数据和高分辨T1加权像。本论文以结构分析为切入点,利用形态学分析和DTI分析探究MWoA患者大脑微结构和形态结构的改变,发现MWoA结构异常的脑区主要在皮层灰质区域:小脑皮层、枕颞皮层、脑岛、前额叶、后顶叶和初级躯体感觉皮层（primary somatosensory cortex,S1）等。而DTI分析显示MWoA并无显著性结果。随后,利用静息态功能MRI（functional MRI,f MRI）验证结构分析的结果并探究MWoA是否存在脑区功能活动和功能网络连接模式的异常。主要研究内容如下:1)利用静息态fMRI指标中的局部一致性、度中心性、低频振幅和低频振幅分数方法探究MWoA患者脑活动的异常,发现感觉运动皮层中初级躯体感觉运动区和前运动皮层等区域存在功能异常,以及初级躯体感觉运动区与顶叶、脑岛、初级运动皮层和楔前叶等脑区功能连接模式发生改变,另外,MWoA患者还可能存在默认网络、小脑和颞叶功能活动的异常;2)基于Brainnetome和AAL模板构建脑功能网络并结合图论分析方法探索MWoA患者大脑功能网络的拓扑组织结构和功能网络连接的异常,发现MWoA患者不仅存在小世界属性指标的异常,也存在多脑区节点中心性和网络功能连接的异常。此外,我们基于静息态fMRI指标（局部一致性和度中心性）利用多体素模式分析（multi-voxel pattern analysis,MVPA）方法初步探究实现MWoA患者的自动分类的可行性并探索在分类中起到重要作用的特征脑区。MVPA分类结果尽管没有取得较好的成功率,但其准确率显著高于随机水平（p<0.05）,特征脑区主要集中在感觉运动区、小脑和颞下回区域,与前面分析结果基本一致,提示两种方法均可用于定位偏头痛的异常脑区,而MVPA还可以用于探索个体化诊断。我们仍然需要进一步结合与MWoA病理相关影像学特征提高准确率以达到个体化预测的要求。上述多模态MRI研究发现MWoA患者脑岛和感觉运动区可能存在功能和结构的异常,提示我们偏头痛患者可能存在三叉神经血管通路的异常进而无法有效的处理伤害感受信息,进一步证实三叉神经血管理论参与和解释偏头痛的病理机制。此外,我们还发现默认网络、小脑、前额叶和顶叶等多个涉及疼痛加工和认知处理的区域出现功能异常,表明偏头痛是一种极其复杂的神经系统疾病,涉及多个脑区结构和功能异常,这些异常可能导致其网络连接模式重组,并且可能与偏头痛的病理机制存在潜在的关联。值得关注的是MWoA感觉运动区作为疼痛信息加工通路的重要脑区在MRI多个影像指标和MVPA分析中出现异常,提示我们感觉运动区可能作为影像学靶点进行偏头痛患者的临床干预治疗。