كاهش پيچيدگي محاسباتي شكل‌دهنده پرتو كمينه واريانس در فضا-پرتو

Reduction of computational complexity of minimum variance beamforming in beam-space

روش‌هاي متداول پرتوديسي (شكل‌دهي پرتوي) فراصداي (اولتراساوند) پزشكي مانند روش تاخير و حاصل جمع را مي‌توان به عنوان روش‌هاي پردازش علامت (سيگنال) در فضا-عنصر (المان) در نظر گرفت. در فضا-عنصر، داده‌هاي دريافتي از حسگرها (سنسورها) بعد از اعمال تاخير و وزن‌دهي مناسب با يكديگر جمع‌شده و خروجي نهايي آرايه ساخته مي‌شود. انديشه اصلي در شكل‌دهنده‌هاي فضا-پرتو اين است كه به جاي استفاده از ويژگي‌هاي مكاني عنصرها در آرايه براي تمايز بين علامت (سيگنال) مورد نظر و علامت‌هاي تداخل، از ويژگي‌هاي مجموعه‌اي از پرتو‌هاي عمود بر هم كه در راستاهاي متفاوت شكل‌دهي شده‌اند استفاده شود. اين كار به معني نگاشت از فضا-عنصر به فضا-پرتو مي‌باشد. ميزان محاسبات در فضا-پرتو به دليل كاهش ابعاد علامت‌ها (سيگنال‌ها) كم مي‌شود؛ اگرچه هزينه ديگري براي نگاشت از فضا-عنصر به فضا-پرتو وجود دارد. مي‌توان اين هزينه را با پياده‌سازي بر روي هسته‌هاي اِف‌اِف‌تي كاهش داد. در اين مقاله روش پرتوديسي (شكل‌دهي پرتوي) كمينه (مينيمم) واريانس به منظور كاهش پيچيدگي محاسباتي آن به جاي فضا-عنصر، در فضا-پرتو پياده‌سازي شده است و نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهند كه پرتوديسگر (شكل‌دهنده‌ پرتو) كمينه واريانس در فضا-پرتو مي‌تواند نتايج مشابهي از نظر تفكيك‌پذيري (رزولوشن) و كاهش اندازه لوب‌هاي كناري، همانند روش كمينه واريانس در فضا-عنصر بدست آورد.

Common medical ultrasound beamformers such as Delay and Sum can be interpreted as element-space methods. In element-space, the received data would be added after applying delays and appropriate weights. The main idea in beam-space beamforming is to use orthogonal beams steered in different directions instead of using spatial statistics of elements in array to distinguish between desired signal and interferences. This means a map from element-space to beam-space. The amount of computation would be reduced because of less signal dimensions, but extra computation is needed to make the map from element-space to beam-space. This additional calculation can be reduced by using FFT. In this paper, minimum variance beamformer is implemented in beam-space instead of element-space to reduce computational complexity. Results show that minimum variance in beam-space can achieve similar resolution and can decrease side lobes as element-space.