本发明涉及一种弥散张量图像配准方法,包括确定待配准的弥散张量图像中每个像素的空间邻域;提取所述弥散张量图像中具有旋转不变性的特征;对所述弥散张量图像与参考图像进行张量相似性度量;对所述弥散张量图像进行空间位置配准,建立空间位置配准的目标函数;对上述建立的空间位置配准的目标函数进行优化求解;对所述弥散张量图像与参考图像进行标量相似性度量;利用基于多项式展开方法对所述弥散张量图像进行标量相似性配准。本发明还涉及一种弥散张量图像配准系统。本发明针对弥散张量图像中张量方向信息比灰度信息更重要的特点,充分利用弥散张量图像中张量的方向信息,实现高精度的配准。