Như vậy trong quá trình mã hoá không gian tín hiệu CHTHN ta đã thực hiện được hai bước mã hoá, đó là: chọn lát cắt để tạo ra một thiết diện hai chiều mỏng và mã hoá tần số cho một chiều của lát cắt đó. Để thu được chính xác thông tin về vị trí của các tín hiệu ta cần thực hiện quá trình mã hoá theo chiều còn lại (vuông góc với chiều mã hoá tần số) của lát cắt đó.
Tương tự như quá trình mã hoá tần số, quá trình mã hoá pha được thực hiện nhờ một trường gradient Gy (giả sử có phương theo chiều trục Y) như sau:
Hình 2.17: Sử dụng một trường gradient để mã hoá tần số cho các tín hiệu
Tuy nhiên trong tạo ảnh cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân, thông thường quá trình mã hoá pha thường được thực hiện trước khi thực hiện quá trình mã hoá tần số. Vì vậy gradient từ trường mã hoá pha Gy thường được bật trước trong một khoảng thời gian ngắn sau đó sẽ đó sẽ được tắt đi.Tiếp theo đó quá trình mã hoá tần số được thực hiện cùng với quá trình thu nhận tín hiệu CHTHN.
Hình 2.18: Dạng gradient mã hoá pha
Hình 2.19: Sử dụng một trường gradient để mã hoá pha cho các tín hiệu
Trong khoảng thời gian bật của Gy, các vector từ trường sẽ quay với các tần số khác nhau tùy thuộc vào vị trí trên trục Y. Sau khi gradient từ trường Gy tắt , tất cả các vector từ trường của các thành phần thể tích (voxel) sẽ lại quay với cùng một tần số như ban đầu. Tuy nhiên các vector từ trường này đã bị di pha đi theo phương của trục Y, tức là các vector từ trường sẽ có hướng khác nhau ở các vị trí khác nhau trên trục Y. Còn trên cùng một hàng các vector từ trường này có cùng hướng hay có cùng tần số. Góc di pha phụ thuộc vào vị trí của các voxel trên trục Y được xác định bởi cường độ gradient từ trường Gy và khoảng thời gian tác động Δt.
φ γ= .Gy.Y.Δt (2.48)
Như vậy có thể nói các tín hiệu tạo ra từ mỗi voxel đã được mã hoá pha. Tất cả các tín hiệu này được phát ra tại cùng một thời điểm và được trộn với nhau như một tín hiệu phức hợp. Các tín hiệu này sẽ được tách ra thành các thành phần tín hiệu riêng trong quá trình tái tạo ảnh sau này. Thực tế mã hoá pha là bước thứ hai trong quá trình mã hoá dùng các trường gradient.
Trong mỗi một chu kỳ tạo ảnh, gradient mã hoá pha được thay đổi từng khoảng giá trị nhỏ một, gọi là các bước mã hoá pha. Tập hợp các bước khác nhau đó tạo ra các “View” khác nhau cần để tạo ra ảnh cuối cùng. Mỗi một bước mã hoá pha tạo ra một tín hiệu phức hợp của tất cả các voxel bên trong một lát cắt. Sự khác nhau giữa các bước là các tín hiệu từ các voxel riêng rẽ có mối quan hệ về pha bên trong tín hiệu phức hợp đó.Để tạo được một ảnh bằng phương pháp biến đổi Fourier hai chiều (2-D FFT), một tín hiệu phức hợp hay một bước mã hoá pha phải được thu nhận cho mỗi một voxel để tạo ra một chiều mang thông tin về pha (chiều mã hoá pha). Do đó số các bước mã hoá pha cần để tạo ra một ảnh xác định kích thước của ma trận ảnh. Ví dụ một ma trận ảnh 128x128 thì phải cần 128 bước mã hoá pha.