针对脑部图像中存在噪声和强度失真时，基于结构信息的方法不能同时准确提取图像强度信息和边缘、纹理特征，并且连续优化计算复杂度相对较高的问题，根据图像的结构信息，提出了基于改进Zernike距的局部描述符（IZMLD）和图割（GC）离散优化的非刚性多模态脑部图像配准方法。首先，将图像配准问题看成是马尔可夫随机场（MRF）的离散标签问题，并且构造能量函数，两个能量项分别由位移矢量场的像素相似性和平滑性组成。其次，采用变形矢量场的一阶导数作为平滑项，用来惩罚相邻像素间有较大变化的位移标签；用基于IZMLD计算的相似性测度作为数据项，用来表示像素相似性。然后，在局部邻域中用图像块的Zernike矩来分别计算参考图像和浮动图像的自相似性并构造有效的局部描述符，把描述符之间的绝对误差和（SAD）作为相似性测度。最后，将整个能量函数离散化，并且使用GC的扩展优化算法求最小值。实验结果表明，与基于结构表示的熵图像的误差平方和（ESSD）、模态独立邻域描述符（MIND）和随机二阶熵图像（SSOEI）的配准方法相比，所提算法目标配准误差的均值分别下降了18.78%、10.26%和8.89%，并且比连续优化算法缩短了约20 s的配准时间。所提算法实现了在图像存在噪声和强度失真时的高效精确配准。