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磁共振成像MRI，可以清晰地显示脑萎缩及脑室扩大等大体结构的变化，随着MRI的发展，采用MRI技术测量大脑内侧结构，如颢叶、海马及脑室等对MCI的诊断都有一定帮助。Smith等通过MRI显示白质强度及大脑容积的变化，发现脑白质强度升高可以预测正常老年人向MCI的转化，但是不能预测MCI向痴呆的转化，而脑萎缩则可预测MCI向痴呆的转化。Devanand等用MRI对139例MCI患者的海马和内嗅皮层进行测定，随访5年，结果表明，海马和内嗅皮层的体积越小MCI转化为AD的危险性就越大。还有研究发现内侧颞叶萎缩率是正常的老化向MCI转变最重要的预测预报器，诊断有91％的特异性和85％的敏感性。王瑞等认为海马萎缩是预测MCI是否转化为AD的有效指标，海马萎缩越明显的MCI患者向AD的可能性就越高。
功能影像学的一些检查手段对MCI甚至MCI的更早期阶段患者进行筛查比结构影像学更敏感，在对MCI患者的诊断及其干预治疗以延缓和阻止AD的发生等方面也较结构影像学价值更大。临床上较常用的功能影响学检查有正电子发射计算机断层技术（Positron emission computed tomography，PET）、功能性磁共振（functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）、单光子发射断层扫描技术（single Photon emission computed tomography，SPET）、质磁共振（Proton Magnetic Resonance，1H-NMR）等。Drzezga等用PET对MCI患者的随访研究表明，前额皮质脑葡萄糖代谢相对减低与MCI转化为AD直接相关。Small等等注射一种能与老年斑和神经元纤维缠结Tau蛋白结合的化合物FDDNP后接受PET检查，与注射化合物FDG后接受检查相比较。结果表明，FDDNP-PET结合对各组的鉴别力优于通过FDG-PET检查或MRI结果，FDDNP-PET扫描可将MCI与AD区分开来。
Gluck等的研究表明：用fMRI可以检测海马功能泛化激活损害，而海马泛化损害可能是有海马萎缩的行为学标记和以后出现记忆损害危险的早期标记。Catani等采用1H-NMR技术的研究结果表明MCI组的肌醇／肌酸比值比明显高于对照组，和轻度老年性痴呆组相似。