本文围绕复杂脑白质神经纤维重建这一目的，基于高阶扩散成像理论对各种四阶张量成像方法进行定量比较并引入新的多纤维交叉水分子扩散模型。本文的主要研究内容如下：在模拟噪声方面，确定Rician噪声和信噪比之间的定量关系，结合推荐的核磁共振图像信噪比标准将施加的噪声限制在较为符合实际的范围之内。该方法使得模拟实验条件更加接近现实，让模拟结果更具有实际意义，为模拟扩散加权信号实验提供了参考依据。在重建方法上，综合定量地比较了正定和非正定四阶张量成像理论的成像效果。以重建方法的稳定性和精确度为评价标准，定量地研究了噪声、扩散加权梯度方向数对成像效果的影响。分别在单纤维、多纤维以及非白质区域研究了两种方法对IVOH现象的探测能力。该研究结果能够为脑白质纤维重建方法的选择提供具有针对性的意见。实现四阶张量分解法对实际人体脑部DWI图像的纤维重建，研究该方法在不同部位的纤维交叉显示能力。为了进一步研究正定限制对成像效果的影响，本文把四阶张量正定性施加于张量分解法，分别比较正定和非正定的纤维重建效果。针对信号模拟方法，引入蒙特卡罗扩散加权核磁共振信号模拟法，解决多纤维、非等容积效应扩散加权信号模拟。运用该方法不仅可以解决多纤维交叉的信号模拟问题，同时可以定量研究信号衰减和纤维尺寸以及成像序列参数之间的关系。此关系的建立有望通过设定成像序列参数而达到有选择性地研究某一特定尺寸范围脑白质纤维的目的。