K-Raum

Der Begriff k-Raum stammt aus der Signalverarbeitung und bezeichnet in der MRT den Ortsfrequenzraum der Messdaten. Physikalisch werden die empfangenen MR-Signale während der Sequenz durch Gradientenfelder ortsabhängig in Frequenz und Phase kodiert. Die dabei entstehenden ortsfrequenten Signalanteile werden nicht unmittelbar als Bild aufgezeichnet, sondern zunächst als komplexe Rohdaten im k-Raum gespeichert, also in der Fourier-Darstellung des MR-Signals. Der k-Raum wird im Verlauf der Messung zeilen- bzw. punktweise durch sukzessive Gradientenschaltungen abgetastet. Erst nach vollständiger oder zumindest ausreichender Abtastung kann durch Anwendung der inversen Fourier-Transformation der Übergang in den Bildraum erfolgen. Jeder k-Raum-Punkt entspricht dabei einer definierten Kombination aus Frequenz- und Phasenkodierung und trägt als Ortsfrequenzanteil zur Rekonstruktion aller Bildpixel bei.

Die Verteilung der Information im k-Raum ist nicht homogen, sondern funktionell gegliedert: In den zentralen Bereichen liegen überwiegend die niedrigen Ortsfrequenzen mit hoher Signalstärke. Diese bestimmen vor allem die Signalintensität und den Bildkontrast, liefern aber nur wenig Detailinformation. Die peripheren k-Raum-Anteile enthalten dagegen die hohen Ortsfrequenzen mit geringer Amplitude, die für feine Strukturen, Kanten und damit die räumliche Auflösung verantwortlich sind. Entsprechend führt ein unzureichend oder fehlerhaft erfasster zentraler k-Raum typischerweise zu Kontrast- und Signalfehlern, während Defizite an der Peripherie vor allem eine Unschärfe oder Detailverlust im rekonstruierten Bild nach sich ziehen.

Typische k-Raum bezogene Artefakte

Eine Reihe von Artefakten aus der MRT-Bildgebung lassen sich mittels Verständnis des k-Raums einordnen und erklären und entsprechend ihrer Kenntnis vermeiden:

• Bewegungsartefakt/Ghosting ("Geisterbilder"): entsteht durch Bewegung während der k-Raum-Füllung, wodurch Phaseninkonsistenzen zwischen k-Raum-Zeilen auftreten; oft als Wiederholungsstrukturen in Phasenkodierrichtung sichtbar.
• Nyquist-Geist (N/2-Geist): verursacht durch Phasenfehler zwischen geraden und ungeraden k-Raum-Zeilen bei Echo-Planar-Sequenzen; führt zu versetzten Doppelkonturen
• Aliasing/Wrap-around (Faltungsartefakt): Folge einer Unterabtastung des k-Raums bzw. zu kleinem Field-of-View; signalgebende Strukturen werden "über den Bildrand gefaltet"
• Gibbs-Artefakt: tritt auf bei fehlenden hohen Ortsfrequenzen an der k-Raum-Peripherie (z.B. zu kleine Matrix); zeigt sich als helle/dunkle Saumlinien an scharfen Kanten
• Zipper-Artefakt: resultiert aus schmalbandigen HF-Interferenzen, die als einzelne starke Störanteile im k-Raum erscheinen; im Bild als lineare Streifen erkennbar
• Suszeptibilitätsartefakt: entsteht durch Phasenfehler und T2*-Abfall während der langsamen k-Raum-Traversierung in Echo-Planar-Bildgebung; führt zu geometrischer Dehnung/Kompression besonders an Luft-Gewebe-Grenzen
• Chemical-Shift-Artefakt: basiert auf frequenzabhängiger Fehlzuordnung im k-Raum (Fett vs. Wasser); verursacht Randverschiebungen in Frequenzkodierrichtung
• Partial-Fourier-/Homodyne-Artefakt: bei unvollständiger k-Raum-Erfassung mit rekonstruierter Symmetrieannahme; kann zu Unschärfe oder Signalfehlern führen, wenn die Annahmen nicht passen

• Bashir et al., k-space, Reference article, Radiopaedia.org, zuletzt besucht 02.12.2025.
• Moratal et al., k-Space tutorial: an MRI educational tool for a better understanding of k-space, Biomedical imaging and intervention journal, 2008