扩散磁共振成像是一种无创检测大脑白质纤维结构的成像技术。它可以通过探测组织中水分子的扩散情况来推测神经微观组织信息，刻画脑白质纤维形态学信息，从而获取脑结构连接信息。扩散磁共振成像经常被用于脑结构连接和脑结构网络的研究中。在扩散磁共振成像中主要有两类刻画水分子扩散分布函数的模型，分别是扩散张量成像和高角分辨率扩散成像。精神分裂症是一种常见的较为严重的精神疾病。许多研究表明精神分裂症是一种失连接症，即精神分裂症的症状及表现并不是源于单一脑区的病理改变，而是由于多个脑区交互作用发生了异常。因此，扩散磁共振成像是研究精神分裂症患者的脑连接和脑网络的重要工具。在本论文中，本人集中于扩散磁共振成像的计算方法和分析工具研究及其在精神分裂症上的临床应用。在计算方法和分析工具方面，我们研究了b值参数对临床高角分辨率扩散成像中水分子扩散估计的影响，还开发了一套一体化的扩散磁共振成像数据分析软件。在临床应用研究中，我们基于扩散磁共振成像数据研究了精神分裂症言语性幻听患者的脑结构连接以及精神分裂症高危人群的脑结构网络。本文的主要内容和贡献如下:　　1)利用多b值高角分辨率扩散成像数据提出了在临床研究中的合适b值参数。为了保证高质量的估计，高角分辨率扩散成像对b值的要求比较高。在3.0T的磁共振机器上采集了人脑的多个b值（650，1000，1500，2000和2500 s/mm2）的高角分辨率扩散成像数据。使用球极傅里叶成像方法和约束球反卷积方法分别估计了dODF和fODF。利用ODF的半高全宽指标和不同b值下ODF主方向的角度差来定量评估ODF估计质量，发现b值在2000 s/mm2和2500 s/mm2时半高全宽没有显著差异，同时b值达到2000 s/mm2左右时ODF主方向开始保持稳定。同时通过观察复杂区域的ODF估计质量评估最优b值，发现b值≥2000 s/mm2时两种方法基本可以解决多纤维交叉问题。综合信噪比和采集时长等因素，我们认为b=2000 s/mm2是目前HARDI方法应用于临床研究时估计dODF和fODF的合适选择。　　2)开发了一套一体化的扩散磁共振成像数据分析软件DiffusionKit。为了利用扩散磁共振成像数据进行脑网络研究，研究人员开发了多个数据分析软件。而目前现有的软件存在一些自身的限制。基于C/C++语言，利用Qt和VTK开发了一套轻量化一体式的扩散磁共振成像数据分析软件。该软件包含了数据格式转换、数据预处理、水分子扩散函数估计、纤维跟踪、网络构建和多样可视化功能。DiffusionKit为基于dMRI的研究提供了一站式的解决方案，为不同背景的研究人员提供了高效的分析工具。　　3)基于多中心数据，发现了精神分裂症言语性幻听患者中稳定的异常连接模式。言语性幻听是精神分裂症中主要的症状之一。有研究表明连接Broca区和Wernicke区的弓状束和跨半球听觉通路在言语性幻听患者中表现异常，但这些报道的异常模式不一致。在本研究中，利用多中心大样本的扩散磁共振成像数据，研究健康被试、非言语性幻听患者和言语性幻听患者在左侧弓状束和跨半球听觉通路上的影像学指标。我们发现言语性幻听患者在左侧弓状束上的FA值要显著高于健康被试，非言语性患者处于中间，但不具有显著性。在跨半球听觉通路上，非言语性患者的MD值要显著高于健康被试，而言语性幻听患者处于中间，但不具有显著性。研究结果不仅支持言语性幻听中自我监控异常和听觉皮层异常的两种假说，同时还得到了相关纤维束稳定可重复的异常模式。　　4)利用扩散磁共振成像数据研究精神分裂症及其高危人群的脑连接和脑网络，发现了异常的连接模式和网络拓扑属性。在脑结构连接分析中，我们利用ICBM-DTI-81的白质纤维束图谱对健康被试、精神分裂症患者和高危人群的48条主要纤维束进行脑结构连接分析。发现穹窿、右侧扣带和右侧前放射冠这三条纤维的FA值和MD值都存在显著的组间差异。在穹窿和右侧扣带上，精神分裂症被试和健康被试存在显著的差异，而高危人群处于两组之间，但没有显著性差异。在脑结构网络分析中，利用AAL模板中的脑区作为网络的节点，脑区间的纤维连接数目作为边构建网络。发现全局效率和局部效率在三组之间存在显著的差异，精神分裂症被试的这两个指标都要显著低于健康被试，而高危人群的这两个属性在两组之间，但没有显著性。我们的发现不仅支持精神分裂症是与遗传因素高度相关的精神疾病这一结论，同时为精神分裂症的早期诊断和治疗提供帮助。