白质纤维束作为大脑灰质之间的连接控制人类复杂行为。弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)是目前唯一一种非侵入式可呈现脑白质纤维束形态和结构的成像技术,可用于研究正常或患病组织的微观白质结构细节。基于DTI图像的分析方法主要包括基于DTI弥散指标的分析和基于图论的脑白质网络分析。通过对DTI影像分析可定量评价脑白质纤维束的损伤情况,并通过构建大脑白质网络可更加真实地反映大脑皮质与皮质下子结构纤维连接情况,探索其拓扑结构,可揭示大脑内部的工作机制以及神经或精神系统疾病的病理机制。本文主要针对非临床与临床问题应用DTI影像进行其大脑白质弥散指标分析及大脑白质网络拓扑属性分析,主要研究内容分为三个方面:(1)高焦虑人群的脑白质异常变化研究。特质焦虑是一种以长期消极状态为特征的人格特质,目前虽然有很多关于焦虑症的白质异常研究,但对处于高焦虑状态的年轻健康个体的全脑白质改变知之甚少。本研究基于38例高焦虑被试和34例低焦虑正常被试的DTI脑图像,计算出所有被试的DTI弥散系数图,并使用纤维束追踪空间统计方法(Tract-Based Spatial Statistics,TBSS)计算其高焦虑组和低焦虑组的脑白质骨架上的DTI指标、报道存在异常变化脑区。此外,运用基于图谱的分析方法(Atlas-Based Analysis,ABA)提取出50个核心白质区域的平均DTI弥散指标值,探索其整个白质通路的损坏情况。以上分析控制了抑郁对大脑白质的影响。研究表明,高焦虑人群已经出现了脑白质异常现象,主要涉及丘脑-皮质通路以及与焦虑疾病相关的边缘通路的部分特定区域。高焦虑人群所出现的白质异常可作为潜在的客观生物标志物,有助于阐明焦虑的病理机制,证明了对高焦虑个体进行预防性干预的必要性。(2)颞叶癫痫(Temporal Lobe Epilepsy,TLE)患者的脑白质异常研究及与病程的相关性研究。随着癫痫发作,神经元异常放电通过白质纤维束广泛传播至大脑皮层和皮质下结构。因此,对大脑白质弥散变化的全面评估能对白质纤维束损伤程度提供准确、有效的信息。本研究基于18例TLE患者和29例正常被试的DTI图像,使用TBSS分析方法分析左侧TLE组、右侧TLE组白质改变的区域,发现右侧TLE组白质改变不仅出现于患侧,更弥散于对侧。最后,根据ABA方法提取TLE患者的弥散指标,将具有显著差异的纤维束与病程(控制首次发病年龄影响)做相关性分析,发现病程越长,其脑白质损伤越严重。因此,基于TBSS和ABA方法可更为全面地发现了TLE患者脑白质异常情况,有望为TLE患者提供更精确的临床辅助诊断。(3)TLE患者的全脑白质网络与颞叶区域子网络异常研究。TLE可以认为是一种脑部网络连接异常的疾病,本研究分析其与正常对照组之间的全脑网络拓扑属性及颞叶子网络的内部连接差异,全面评估TLE患者大脑白质网络改变情况。基于DTI和T1图像构建全脑白质网络,采用图论分析方法分析其脑白质网络发现TLE组的全局网络效率显著降低、特征路径长度显著升高,并且TLE组的核心节点不再包括颞叶相关脑区(左侧颞中回、右侧颞中回、右侧颞下回)。此外,并未发现颞叶子网络内部连接差异。通过对全脑白质网络和颞叶子网络的研究,可为TLE疾病的病理机制研究提供可靠依据。