人类对大脑的探索从古至今从未停止，科学和临床应用对大脑解剖结构信息的精度要求不断提高，对大脑各种功能工作机制的研究也不断深入。全世界各个国家对脑科学的研究投入都很多，美国刚刚启动的新一轮“脑计划”也宣告着:对脑的探索将是21世纪具有挑战性和重要意义的研究课题。核磁共振成像（MRI）技术对脑科学领域的发展功不可没，在众多医学影像技术手段中，MRI的综合优势最强，具有图像对比度参数丰富多样、高时空分辨率和完全无创伤等特点。功能磁共振成像(fMRI)也是目前研究大脑活动机制的主要手段之一，血氧水平依赖性(BOLD)效应是fMRI测量脑功能的常用成像机制（BOLD-fMRI）。　　随着脑科学研究的复杂化，影像技术必须不断提高，要求多参数、多模态、多维度、更高的时空分辨率、实时动态成像、精确定位显示等等。目前的MRI和BOLD-fMRI都存在一定的局限性，当设备本身没有出现本质提高时，只有通过改进数据处理手段，使用更好的分析方法和显示方式，才能对脑科学更细致的研究提供技术支持。因此，本文的研究工作主要是从改进MRI数据处理模型，提高数据分析结果的精度和可靠性出发，进一步引入新的二维平面化分析方法，以大脑视觉皮层为切入点，应用新方法研究视觉功能激活和定位分区问题有些新的发现，得出的结论对推动脑科学研究做出一点贡献。　　本论文的主要工作和贡献可以归纳为以下四点:　　1.结合项目课题需要，引入先进大脑皮层分割和二维平面化分析技术，确立了该技术的图像数据处理流程和优势特点，确定了在表达大脑激活功能解剖学定位方面的优势，并分析归纳了它的特点。提出MRI多参数结合分析的必要性和优势，并选择合适的参数首次利用上述二维平面化分析方法进行了视觉皮层的分析研究。　　2.借助人脑视网膜映射实验数据，深入开展了人脑视觉功能皮层的综合应用研究。主要是提高了视觉皮层分区(VCFs)所需的功能激活定位精度，获得了不同被试之间的视网膜映射相位编码平均图谱，可以减少被试之间的视觉皮层分区差异，准确地进行复杂的统计对比分析。实验的结果分析分为两大部分:fMRI功能数据方面，主要发现人的左半脑(LH)对视野上部的刺激比右半脑(RH)更敏感，而RH对视野下部的刺激具有更多的激活响应区域;解剖结构信息的多种参数，采用了多元方差分析(ANOVA)，分析结果证明解剖结构信息的数值在各个不同VCFs之间存在一定的分布模式特征，提高了描述该特征的可靠性，为更深入的人脑视觉功能研究和临床应用提供参考信息。　　3.解剖结构数据处理模型上，针对扩散张量成像(DTI)的数据分析，提出一种新的扩散各向异性指数模型参数——扩散椭球几何比率(EGR)。EGR是在前人方法基础上的改进，对DTI数据的计算机仿真模拟证明了EGR在表达扩散各向异性方面的优势特点:(1)全面概括了扩散椭球模型的几何信息，直观的反映扩散椭球的形态学特征，从而更精确的描述扩散各向异性程度。(2) EGR对扩散特征具有更好的敏感性和抗噪稳定性。(3)相比传统计算模型，EGR对盘形张量情况下的扩散数据有显著改善。　　4.改进优化了获得EGR模型参数的方法，针对EGR的敏感性、稳定性和区分度三个方面优化参数选择，并利用人脑实际DTI数据验证改进之后的EGR应用效果，与前面的计算机仿真模拟研究结论一致。