MR01-08 K空间的基本概念

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K空间实际上是个数学概念，比较复杂。对于放射科医师来说，只需要了解一些K空间的基本概念和重要特征。K空间的概念对于理解MR成像技术，特别是快速成像技术至关重要。

一、K空间的基本概念

K空间也称傅里叶空间，是带有空间定位编码信息的MR信号原始数据的填充空间。每一幅MR图像都有其相应的K空间数据。对K空间的数据进行傅里叶转换，就能对原始数据中的空间定位编码信息进行解码，得到MR的图像数据，即把不同信号强度的MR信息分配到相应的空间位置上（即分配到各自的像素中），即可重建出MR图像了。

二、K空间的基本特性

下面就以矩阵为256×256的二维MR图像为例来介绍一下K空间的基本特性，二维K空间又称为K平面。二维K空间的两个坐标Kx和Ky分别代表MR信号的频率编码和相位编码方向。在二维图像的MR信号采集过程中，每个MR信号的频率编码梯度场的大小和方向保持不变，而相位编码梯度场的方向和场强则以一定的步级发生变化，每个MR信号的相位编码变化一次，采集到的MR信号填充K空间Ky方向的一条线，因此把带有空间信息的MR信号称为相位编码线，也称K空间线或傅里叶线。

从Ky方向看，填充在K空间中心的MR信号的相位编码梯度场为零，这时MR信号强度最大，主要决定图像的对比，而不能提供相位编码方向上的空间信息，我们把这一条K空间线称为零傅里叶线（Ky＝0）。而填充K空间最周边的MR信号的相位编码梯度场强度最大（Ky＝－128和Ky＝＋128），得到的MR信号中各体素的相位差别最大，能提供相位编码方向的空间信息，而由于施加的梯度场强度大，MR信号的幅度很小，因而其MR信号主要反映图像的解剖细节，对图像的对比贡献较小。从K空间中心（Ky＝0）到K空间的最周边（Ky＝－128或Ky＝＋128），其间各条K空间线的相位编码梯度场是逐渐递增的，越靠近Ky＝0的MR信号幅度越大，越决定图像的对比，但能提供的空间信息越少；越靠近K空间周边的MR信号所含的空间信息越多，越决定图像的解剖细节，但MR信号的幅度越小，能提供的对比信息越少。简单的说，就是填充K空间中央区域的相位编码线主要决定图像的对比，而填充K空间周边区域的相位编码线主要决定图像的解剖细节。另外从Ky＝0向Ky＝－128和Ky＝＋128的这两个方向上，各个MR信号的相位编码梯度场递增的步级是一样的，仅梯度场的方向相反，因此这两个方向上的MR信号或称相位编码线是镜像对称的，即Ky＝－128与Ky＝＋128对称，Ky＝－127与Ky＝＋127对称，依此类推。

从Kx方向看，即在每一条相位编码线的频率编码方向上，其数据是由从回波信号的采样得到的。因为回波信号在时序上是对称的，因此K空间的Kx方向也是对称的。

另外，需要指出的是，许多人会把K空间的数据阵列与图像的阵列相混淆。其实这两者之间不是一一对应的，K空间阵列中每一个点上的信息均含有全层MR信息，而图像阵列中的每个点（即像素）的信息仅对应层面内相应体素的信息。

总结一下，K空间的特性主要表现为：（1）K空间中的点阵与图像的点阵不是一一对应的，K空间中每一点包含有扫描层面的全层信息；（2）K空间在Kx和Ky方向上都呈现镜像对称的特性；（3）填充K空间中央区域的MR信号（K空间线）主要决定图像的对比，填充K空间周边区域的MR信号（K空间线）主要决定图像的解剖细节。

三、K空间的填充方式

常规MRI序列中，K空间最常采用的填充方式为循序对称填充，即在图18a中是先填充Ky＝－128，然后是Ky＝－127，……，Ky＝0，……，Ky＝＋127，最后为Ky＝＋128。熟知这一填充方式非常重要，如利用梯度回波T1WI序列进行肝脏动态增强扫描（NEX=1）,如果整个序列采集时间为20s，则决定图像对比的MR信号的采集应该在扫描开始后第10s，因而要想获得开始团注对比剂后第25s的肝脏动脉期，扫描的开始时刻需要提前10s，即开始团注对比剂后的第15s就应该启动扫描序列。

实际上，K空间中相位编码线的填充顺序是可以改变的，我们可以采用K空间中央优先采集技术，即扫描一开始先编码和采集填充Ky＝0附近的一部分相位编码线，决定图像的对比，然后再采集决定图像解剖细节的K空间周边的相位编码线。这一技术在利用透视实时触发技术进行的动态增强扫描和对比增强磁共振血管成像（CE-MRA）时有较多的应用。

除了循序对称填充的方式外，K空间还可以采用迂回轨迹、放射状轨迹和螺旋状轨迹等其他多种填充方式。