传统的影像学检查手段很难发现轻度脑损伤，MRI偶尔能发现弥漫性轴索损伤的微出血灶，而临床意义不明确。弥散张量成像（DTI）可以无创地观察脑白质微观结构，成为诊断轻度脑损伤的新手段。
DTI主要观察水分子的扩散情况，常用指标有各向异性分数（FA值），描述水分子在纤维束内扩散的方向性。在正常脑白质内，水分子沿轴突方向扩散。脑白质纤维束完整性和连续性的任何改变都会降低水分子扩散的方向性，因此FA值降低。DTI有助于解释轻微脑损伤患者认知障碍的改变，逐渐成为轻度脑损伤诊断的主要工具。
当微出血灶和DTI的FA值异常同时出现时，只有DTI的异常可以和认知异常联系起来，增加了DTI在诊断轻度脑损伤上的应用。当前很多研究发现，DTI可以发现轻度脑损伤与对照组间差别，但是没有发现与临床症状间的联系。
DTI和临床症状关系不够紧密的原因可能与DTI对脑白质损伤敏感但灵敏度不够有关。DTI可以反映白质的任何损伤，但无法鉴别血管性病变和外伤、急性和慢性病变，以及哪种白质损伤导致了脑震荡后的症状也很难鉴别。
为了将急性和原发病变区别开，有研究将脑震荡后认知障碍和DTI上的脑白质损伤联系起来，试图证明只有急性病变导致了认知障碍，但认知障碍非诊断轻度脑损伤的最佳标准，而且研究结果没有发现这两者之间的密切关系。
当轻度脑损伤患者与健康志愿者间进行比较时，可发现弥漫性轴索损伤，表明大多数脑白质损伤可能是慢性的，典型症状的损伤发生在听觉皮质，与患者受伤后中枢听觉障碍相关，该研究首次证明了DTI损伤定位和患者症状间的联系。
轻度脑损伤基于症状的DTI成像的研究结果前景大好，弥补了之前研究中缺少的病理与解剖之间的联系，比如，具有睡眠-觉醒障碍的脑震荡患者DTI显示其海马旁回异常，而海马旁回对入睡及加强与睡眠相关的记忆有重要作用。
有前庭症状的患者小脑和梭状回的FA值下降，而梭状回在立体定位和标志识别中有重要作用。有视力障碍的轻度脑损伤患者的DTI显示外侧膝状体和丘脑前辐射异常。通过明确某一症状与哪些特定区域有关系，DTI可以量化其损伤程度，并判断预后。
基于症状的影像学检查加深了对轻度脑损伤患者的认识，即具有特定症状的患者有特定的脑损伤部位。轻度脑损伤患者的症状是不同损伤的结果而不是同一损伤的不同表现，对轻度脑损伤的理解随影像检查的深入而加深。现在，基于症状学的DTI认识到轻度脑损伤不是单一的病理改变，而是多种病理改变的综合，而这些改变都是有共同的创伤造成的。
