随着医学成像技术的发展，核磁共振成像以及由此发展得到的扩散加权成像和扩散张量成像等技术已经被广泛应用于临床医学的诊断和治疗，为了在临床诊断中取得更好的效果，同时为了能够在更加复杂的病理分析中取得更好的效果，针对扩散张量成像技术的研究已经成为了医学研究领域的热点，扩散张量成像数据的处理也成为了集数学、物理学、图像学等为一体的多学科综合研究领域。本文从核磁共振理论出发，研究了核磁共振成像、扩散加权成像、扩散张量成像以及Q-Ball成像和K-张量成像等核磁共振成像算法的基本原理，梳理了核磁共振成像的发展历史。重点研究了扩散张量成像数据的处理流程并构建完整的数据处理系统。研究了扩散张量成像数据的预处理（包括去噪和去伪影）、成像计算、配准、扩散张量矩阵插值和感兴趣区域的选取以及神经纤维束追踪算法，对每一部分的算法进行了深入的研究和总结，利用真实扩散张量数据进行了实验，采用各部分处理效果最佳的算法构建并完善了扩散张量成像数据处理系统。同时在大量研究的基础上提出了扩散张量成像数据的Q-空间插值算法，并且针对颈椎扩散张量成像数据提出了感兴趣区域自动选择算法。