SBBF: NAND 플래시 메모리 기반 B+-트리를 위한 공간 효율적인 버퍼 관리 기법

이기용,정연돈 한국차세대컴퓨팅학회 2011 한국차세대컴퓨팅학회 논문지 Vol.7 No.4

NAND 플래시 메모리는 스마트 폰, 휴대용 미디어 플레이어, 디지털 카메라, 노트북 등과 같은 다양한 모바일 장치의 저장 매체로서 사용이 점차 증대되고 있다. 플래시 메모리의 용량이 증가하면서, 플래시 메모리에서의 색인 구조의 사용도 점차 중요해지고 있다. B+-트리는 디스크 기반의 저장 시스템에서 가장 널리 쓰이는 인덱스 구조 중의 하나이다. 그러나 ‘쓰기 전 삭제’와 ‘비대칭적인 읽기/쓰기 속도’와 같은 플래시 메모리의 독특한 특성으로 인해, B+-트리 색인을 플래시 기반의 저장 시스템에 바로 적용하는 것은 심각한 쓰기 비용을 초래한다. 본 논문에서는 SBBF라 불리는, NAND 플래시 메모리에서의 B+-트리를 위한 공간 효율적인 버퍼 관리 기법을 제안한다. 제안 기법은 플래시 메모리로 보내지는 쓰기 요청의 수를 줄이기 위해, B+-트리의 변경 사항들을 버퍼에 저장한다. 기존 연구와 비교하여, 제안하는 방법은 버퍼 공간의 사용을 최적화하여 동일한 크기의 버퍼에 더 많은 변경 사항들을 저장할 수 있다. 이로 인해 플래시 메모리로 보내지는 쓰기 요청의 수를 크게 감소시킬 수 있다. 실제 데이터를 사용한 실험 결과를 통해, 제안 방법은 플래시 메모리로 보내지는 쓰기 요청의 수 측면에서 기존 방법에 비해 15% 이상의 성능 향상을 가져옴을 보인다. NAND flash memory is becoming widely used as storage media for various mobile devices such as smart phones, portable media players (PMPs), digital cameras, and laptops. As the capacity of flash memory increases, the use of index structures on flash memory becomes more important. The B+-tree is one of the most popular index structures used in disk-based storage systems. However, due to the unique characteristics of flash memory, such as erase-before-write, and asymmetric read/write speed, the direct application of B+-tree index structures to flash-based storage systems incurs excessive write overhead. In this paper, we propose a space-efficient buffer management scheme for B+-trees on NAND flash memory, called SBBF. The proposed scheme stores changes made to a B+-tree in the buffer to reduce the number of write requests to flash memory. Compared to previous work, the proposed scheme can store more changes in the same size buffer by optimizing the use of the buffer space. Consequently, the number of write requests to flash memory is significantly reduced. The experimental results with real workloads show that the proposed scheme outperforms previous work by over 15% in terms of the number of write requests to flash memory.

NAND 플래시 메모리 저장 장치에서 블록 재활용 기법의 비용 기반 최적화

이종민(Jongmin Lee),김성훈(Sunghoon Kim),안성준(Seongjun Ahn),이동희(Donghee Lee),노삼혁(Sam H. Noh) 한국정보과학회 2007 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.13 No.7

Flash memory based storage has been used in various mobile systems and now is to be used in Laptop computers in the name of Solid State Disk. The Flash memory has not only merits in terms of weight, shock resistance, and power consumption but also limitations like erasebefore-write property. To overcome these limitations, Flash memory based storage requires special address mapping software called FTL(Flash-memory Translation Layer), which often performs merge operation for block recycling. In order to reduce block recycling cost in NAND Flash memory based storage, we introduce another block recycling scheme which we call migration. As a result, the FTL can select either merge or migration depending on their costs for each block recycling. Experimental results with Postmark benchmark and embedded system workload show that this cost-based selection of migration/merge operation improves the performance of Flash memory based storage. Also, we present a solution of macroscopic optimal migration/merge sequence that minimizes a block recycling cost for each migration/merge combination period. Experimental results show that the performance of Flash memory based storage can be more improved by the macroscopic optimization than the simple cost-based selection. 이동기기의 저장 장치로 사용되는 플래시 메모리는 이제 SSD(Solid State Disk) 형태로 노트북 컴퓨터까지 그 적용 범위가 확대되고 있다. 이러한 플래시 메모리는 무게, 내충격성, 전력 소비량 면에서 장점을 가지고 있지만, erase-before-write 속성과 같은 단점도 가진다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 플래시 메모리 기반 저장 장치는 FTL(Flash-memory Translation Layer)이라는 특별한 주소 사상소프트웨어를 필요로 하며, FTL은 종종 블록을 재활용하기 위하여 병합 연산을 수행해야 한다. NAND 플래시 메모리 기반 저장 장치에서 블록 재활용 비용을 줄이기 위해 본 논문에서는 이주 연산이라는 또 다른 블록 재활용 기법을 도입하였으며, FTL은 블록 재활용시 이주와 병합 연산 중에서 비용이 적게 드는 연산을 선택하도록 하였다. Postmark 벤치마크와 임베디드 시스템 워크로드를 사용한 실험 결과는 이러한 비용 기반 선택이 플래시 메모리 기반 저장 장치의 성능을 향상시킬 수 있음을 보여준다. 아울러 이주/병합 연산이 조합된 각 주기마다 블록 재활용 비용을 최소화하는 이주/병합 순서의 거시적 최적화의 해를 발견하였으며, 실험 결과는 거시적 최적화가 단순 비용 기반 선택보다 플래시 메모리 기반 저장 장치의 성능을 더욱 향상시킬 수 있음을 보여준다.

RAID 기반 플래시 저장장치를 위한 수명 인지 신뢰성 향상 기법

이세환(Sehwan Lee),이빛나(Bitna Lee),고건(Kern Koh),반효경(Hyokyung Bahn) 한국정보과학회 2011 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.38 No.4

플래시 메모리 기반 저장 장치는 저전력 고성능의 장점과 더불어 용량이 점차 증가하면서, 서버 시스템에 이르기까지 채용될 것으로 전망되고 있다. 그와 함께 플래시 메모리의 신뢰성 문제 역시 점차 중요해지고 있다. 각 플래시 블록에 허용된 쓰기/삭제 횟수는 제한되어 있으며, 특히 MLC 플래시 메모리의 경우는 그 횟수가 10,000회 이하이다. 또한 플래시 메모리의 쓰기/삭제 횟수가 증가함에 따라 비트에러 발생률이 급격하게 증가한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 논문에서는 RAID 기반의 플래시 저장장치를 위한 수명 기반 신뢰성 관리 기법을 제안한다. 첫째, 제안하는 기법은 쓰기/삭제 횟수 증가에 따라 플래시 메모리의 에러 발생률이 함께 증가하는 문제를 해결하기 위하여 스트라이핑 그룹의 크기를 동적으로 관리한다. 둘째, 제안하는 기법은 플래시 메모리의 특성을 고려한 로그 블록 FTL 기법을 이용한다. 이것은 데이터 영역과 로그 영역이 서로 다른 쓰기 패턴을 갖는 특징을 활용하여 각 영역에 대하여 서로 다른 신뢰성 정책을 적용하는 것이다. 셋째, 제안하는 기법은 임시로 패리티 블록을 저장하는 소량의 SCM을 사용한다. 이는 빈번한 패리티 업데이트가 즉시 플래시 메모리에 적용되지 않도록 함으로써 플래시 메모리의 수명을 연장시킨다. 실험 결과에서 제안하는 기법은 기존의 RAID-5에 비해 적은 공간 오버헤드와 높은 신뢰성을 보이면서 입출력 성능은 패리티 블록을 사용하지 않는 RAID-0과 대등한 성능을 보였다. Due to the ever-growing capacity of flash memory along with its good properties such as low-power consumption and high performance, flash-based SSDs (solid state disks) are anticipated to be used in the storage of high-end server systems. However, the reliability problem of flash devices is becoming increasingly serious. The number of P/E (program/erase) cycles allowed to each flash block is too small, especially less than 10,000 for MLC (multi-level cell) flash memory. Furthermore, the bit error rate of flash memory becomes rapidly high as the number of P/E cycles increases. To relieve these problems, we present a lifespan-aware reliability scheme, which adopts RAID technologies together with ECCs (error correction codes). First, our scheme dynamically manages the size of striping group to cope with the increasing error rates of flash memory as the number of P/E cycles increases. Second, we use a device-aware log block mapping scheme, which uses different reliability policies for data blocks and log blocks by taking advantage of the characteristics of each block type. Third, we use small amount of storage class memory (SCM) to save parity blocks temporarily. By absorbing frequent updates of parity into SCM, we can extend the lifespan of flash memory. Simulation experiments show that our scheme obtains high reliability with minimum space overhead as well as improved I/O performances compared to traditional RAID-5.

에러 분포의 비대칭성을 활용한 대용량 3D NAND 플래시 메모리의 신뢰성 최적화 기법

김명석 대한임베디드공학회 2023 대한임베디드공학회논문지 Vol.18 No.1

Recent advances in flash technologies, such as 3D processing and multileveling schemes, have successfully increased the flash capacity. Unfortunately, these technology advances significantly degrade flash’s reliability due to a smaller cell geometry and a finer-grained cell state control. In this paper, we propose an asymmetric BER-aware reliability optimization technique (aBARO), new flash optimization that improves the flash reliability. To this end, we first reveal that bit errors of 3D NAND flash memory are highly skewed among flash cell states. The proposed aBARO exploits the unique per-state error model in flash cell states by selecting the most error-prone flash states and by forming narrow threshold voltage distributions (for the selected states only). Furthermore, aBARO is applied only when the program time (tPROG) gets shorter when a flash cell becomes aging, thereby keeping the program latency of storage systems unchanged. Our experimental results with real 3D MLC and TLC flash devices show that aBARO can effectively improve flash reliability by mitigating a significant number of bit errors. In addition, aBARO can also reduce the read latency by 40%, on average, by suppressing the read retries.

SPECT 검사에서 Onco Flash의 유용성과 질적 향상 평가

노익상,차은선,김기,최춘기,석재동,Noh, Ik-Sang,Cha, Eun-Sun,Kim, Ki,Choi, Choon-Ki,Suk, Jae-Dong 대한핵의학기술학회 2009 핵의학 기술 Vol.13 No.1

목적 : Onco Flash를 이용하여 영상을 재구성하여 OSEM과 비교하고 유용성을 평가해본다. 검사시간을 절반으로 줄여도 기존의 영상에 상응하는 분해능을 가진 영상을 나타낼 수 있는지 실험해보았다. 실험재료 및 방법 : Spatial resolution phantom을 이용하여 scattering과 non-scattering 상황에서 수집시간을 10, 20, 30 sec/frame으로 영상을 획득하였다. 영상을 OSEM, Onco Flash로 각각 재구성하고 FWHM을 구하여 평가하였다. Onco Flash 재구성 최적의 조건 설정을 찾아내기 위하여 iteration 값을 4, 7, 10, 13, 16, 19로 변화시켜 영상을 획득하고, FWHM을 구하여 평가하였다. 또한 Jaszczak phantom을 이용하여 scattering과 non-scattering 상황에서 영상을 획득하고, OSEM과 Onco Flash 프로그램으로 재구성하여 평가를 실시하였다. 결과 : Spatial resolution phantom을 이용한 평가 중 scattering에서 OSEM으로 재구성한 10, 20, 30 sec/frame의 FWHM이 11.09, 8.51, 8.02 mm로, Onco Flash로 재구성하였을 경우 8.35, 7.82, 7.38 mm로 나타났다. 또한 non-scattering에서 OSEM으로 재구성한 10, 20, 30 sec/view의 FWHM이 9.08, 8.28, 8.04 mm로, Onco Flash로 재구성하였을 경우 8.12, 7.46, 7.11 mm로 나타났다. 최적의 Onco Flash 매개변수를 찾기 위한 실험에서 iteration을 변화시켜본 결과, 각각의 FWHM이 8.17, 7.62, 6.91, 6.85, 6.74, 6.67 mm로 나타났다. Blind test에서도 다수의 인원이 Onco Flash 영상이 우수하다고 평가 하였다. 결론 : Onco Flash를 적용하면 같은 조건이 주어졌을 경우 질적으로 더욱 향상된 영상을 얻을 수 있거나, 또는 검사시간을 단축시켜서도 OSEM에 상응하는 결과를 도출할 수 있다. 즉, 일정한 범위 내에서는 time per view나 iteration과 같은 매개 변수를 임의로 조절하여도 질적으로 향상된 영상을 얻을 수 있다. 그러나 Onco Flash를 적용함에 있어 불가피하게 약간의 데이터 손실이 발생하므로, 각 장비와 프로그램에 적절한 조건을 파악하여야 한다. 또한 최상의 조건에서 검사가 이루어질 수 있도록 권장되는 지침 안에서 상황에 맞는 매개 변수를 적용하여야 할 것이다. Purpose: Onco flash shortens a scan time with half and there is a possibility of getting the data which corresponds in existing. The experiment which makes the image whose Onco Flash is excellent OSEM tried, as changes parameter of time, iteration. After reconstituting an image, produces FWHM and executes an evaluation. Materials and Methods: Siemens e.cam gamma camera, standard Jaszczak phantom and spatial resolution phantom was used. In order for the bubble not to enter, implants 2 mCi and volume 0.25 cc $^{99m}Tc$ respectively in line 3 to spatial resolution phantom. Put on that phantom on the table correctly, and acquires an image. 15 mCi putting in distilled water to mix $^{99m}Tc$ well in Jaszczak phantom and acquires image just like spatial resolution phantom. Reconstructs and converts the image to digital image as Sante program. Produce FWHM and evaluate by Amide. Results: The non-scattered image shows better FWHM value than scattered image. As time increases from 10 sec to 30 sec for 5sec interval, FWHM appeared to 30.1, 28.5, 24.5, 23.6, 23.4 mm. At the standard iteration value 4, OSEM FWHM shows 8.0 mm, and Onco Flash is 8.1 mm. As fade in iteration, FWHM value more and more decreased. Conclusion: When using Onco Flash, shortens a scan time, and enhances image quality. Also, user can adjust the parameters to improve resolution. Therefore, patient and user are satisfied with these merits.

웹디자인에서의 플래시 유저빌리티(Flash Usability)에 관한 연구 - 웹 유저빌리티 원칙을 기반으로 -

최동철 ( Dong Cheol Chey ) 한국디자인과학학회 2002 디자인과학연구 Vol.5 No.1

20세기말을 기점으로 인터넷환경의 가장 두드러진 변화중 하나가 웹상에 멀티미디어 컨텐츠가 만연되고 있다는 것이다. 온라인상에서 멀티미디어가 웹 컨텐츠 요소로 활용되기에는 분명한 한계가 있긴 하지만 급속히 발전한 컴퓨터 성능과 다양한 초고속 인터넷망 개발 및 보급으로 온라인 멀티미디어는 21세기 들어 가히 혁명을 맞았다해도 과언은 아닐 것이다. 더욱이 사이버 공간에서의 일반 사용자들의 역할이 컨텐츠를 단순히 보고 즐기는 단계에서, 배우기 쉽고 사용하기 쉬운 멀티미디어관련 소프트웨어들의 개발 및 보급과 더불어 전문가 못지 않게 다양한 미디어를 제작 및 활용할 수 있게 되었다. 테스트, 이미지, 사운드, 비디오, 최근에는 3D 애니메이션에 이르기까지 하나의 프로그램으로 거의 모든 미디어를 총체적으로 저작할 수 있는 플래시(Flash)는 현재 온라인 멀티미디어 저작 도구로서 독보적인 존재임에도 웹 유저빌리티(Usability) 전문가들의 비판을 받아왔다. 브라우저 기능상의 문제점들부터 페이지 컨텐츠상의 문제점들에 이르기까지 제기되어 있는 문제점들은 다양하다. 버전이 업그레이드되면서 그리고 플래시를 긍정적으로 평가하는 그룹들의 다각적인 노력으로 점차 해소되어 가고는 있지만 근본적인 해결책이 뚜렷이 나오지 않고 있는 사항들이 남아있다. 플래시는 버전 업그레이드를 거쳐 현재 플래시(Flash) MX에 이르러 이런 잔재해 있는 문제점들의 해소에 상당히 접근한 것으로 보인다. 보다 향상된 제작도구 및 환경 등 막강한 기능들을 보유하고 이제는 단순한 웹제작 도구가 아닌 온라인 인터페이스(Interface)디자인을 재조명하는 테크놀로지로서 인터넷 사용자들에게 보다 새롭고 다이나믹한 경험을 제공하게 되었다. 기존의 웹 표준을 최대한 따르면서 나름대로의 장점을 최대한 활용하기 위해서는 플래시 기반의 유저빌리티(Flash Usability) 정립이 요구된다고 하겠다. 본 연구에서는 웹디자인의 필수 도구가 된 플래시에 대한 찬반양론의 본질을 분석해 보고 플래시의 장점, 플래시 유저빌리티에 대해 제기되어 있는 부정적인 측면들을 비교 검토하여 웹 유저빌리티 원칙을 기반으로 개선방향 및 가이드 라인을 제시하고자 한다. Since the end of 20th century, multimedia contents have become pervasive on the Web. Although the apparent limitations of the online multimedia applications as web contents are still present, it would not be an exaggeration to state that the web have encountered an online multimedia revolution. This is due to the rapid development of better and faster personal computers, the increasing availability and subscription of high-speed internet access, and the ongoing development of easy-to-use and user-friendly software with which almost anyone can quickly create and/or view a sophisticated and media-rich website like a people on the internet play their role beyond just surfing and entertaining the web sites. One of the most revolutionary multimedia technologies to take the web design community by storm in these years has been Macromedia`s Flash. Flash is the most powerful authoring tool today which made possible to integrate nearly every digital medium, from text, images, sound, video, even to 3D animation, into useful online multimedia contents. Regardless of Flash`s capabilities and penetration in the online multimedia, web critics seem to fall into two different groups : they either like it or hate it. Criticism towards flash pointed out standard web usability problems which varies from browser functionality to page group`s ongoing efforts have made significant progress to overcome there usability problems, but some of them still need substantial solutions. Recent upgrade, Flash MX seems that Macromedia have made considerable approach to provide solutions for these potential problems. Beyond web design, new, enhanced and powerful features give designers greater creativity and control over online interface design, and provide internet users whole new and more dynamic experience. In accordance with those web usability standards, we now need establish Flash`s own usability standard in order to utilize its powerful features and maximize its capabilities. This study reviews the essence of criticism against Flash and analyzes Pros and Cons of Flash usability, and presents improvement methods and/or guidelines for Flash based web usability.

가상 I/O 세그먼트를 이용한 OneNAND 플래시 메모리의 읽기 성능 향상 기법

현승환(Hyun Seunghwan),고건(Koh Kern) 한국정보과학회 2008 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.14 No.7

OneNAND 플래시는 NAND 플래시와 NOR 플래시의 장점을 모두 가진 고성능 하이브리드 플래시 메모리이다. OneNAND 플래시는 NAND 플래시의 장점들을 그대로 가지고 있을 뿐 아니라, 그동안 NAND 플래시의 단점으로 지적되던 느린 읽기 성능을 획기적으로 개선하였다. 그 결과 OneNAND 플래시는 휴대폰 및 디지털 카메라, PMP, 휴대용 게임기와 같은 고성능 휴대용 정보기기를 위한 최적의 스토리지 솔루션으로 각광받고 있다. 하지만 Linux를 비롯하여 현재 사용되고 있는 대부분의 범용 운영체제들은 가상 메모리와 블록 I/O 계층 구조의 제약으로 인해 OneNAND 플래시의 뛰어난 읽기 성능을 제대로 활용하지 못하는 문제를 안고 있다. 이에 본 연구에서는 기존의 소프트웨어 계층 구조 하에서 OneNAND 플래시의 읽기 성능을 최대한 활용하기 위한 기법인 가상 I/O 세그먼트의 활용을 제안한다. 실제 구현을 통한 실험 결과는 제안된 기법이 OneNAND 플래시의 읽기 수행 시간을 기존에 비해 최고 54%까지 단축할 수 있음을 증명하였다. OneNAND flash is a high-performance hybrid flash memory that combines the advantages of both NAND flash and NOR flash. OneNAND flash has not only all virtues of NAND flash but also greatly enhanced read performance which is considered as a downside of NAND flash. As a result, it is widely used in mobile applications such as mobile phones, digital cameras, PMP, and portable game players. However, most of the general purpose operating systems, such as Linux, can not exploit the read performance of OneNAND flash because of the restrictions imposed by their virtual memory system and block I/O architecture. In order to solve that problem, we suggest a new approach called virtual I/O segment. By using virtual I/O segment, the superior read performance of OneNAND flash can be exploited without modifying the existing block I/O architecture and MTD subsystem. Experiments by implementations show that this approach can reduce read latency of OneNAND flash as much as 54%.

NAND 플래시 메모리에서 디지털 포렌식을 위한 파일 복구기법

신명섭(Myung-Sub Shin),박동주(Dong-Joo Park) 한국정보과학회 2010 정보과학회논문지 : 데이타베이스 Vol.37 No.6

최근 플래시 메모리가 디지털 기기의 저장장치로 널리 사용됨에 따라 플래시 메모리에서 디지털 증거를 분석하기 위한 디지털 포렌식의 필요성이 증가하고 있다. 이를 위해 플래시 메모리에 저장되어 있는 파일을 효율적으로 복구하는 것이 매우 중요하다. 그러나 기존의 하드 디스크 기반 파일 복구 기법을 플래시 메모리에 그대로 적용하기에는 너무나 비효율적이다. 덮어쓰기 불가능과 같이 플래시 메모리는 하드 디스크와 전혀 다른 특성을 가지기 때문이다. 본 논문에서 디지털 포렌식을 지원하기 위한 플래시 메모리를 잘 이해하는 파일 복구 기법을 제안한다. 첫째, 플래시 메모리 저장장치로부터 복구 가능한 모든 파일들을 효과적으로 검색하는 방법을 제안한다. 이것은 플래시 메모리의 쓰기 연산을 담당하는 FTL(Flash Translation Layer)의 메타데이터를 최대한 활용한다. 둘째, 복구 대상 파일들 중에서 특정 파일을 효율적으로 복구할 수 있는 기법을 제안하며, 이를 위해 FTL의 사상 테이블의 위치 정보를 이용한다. 다양한 실험을 통해 본 논문에 제안하는 기법이 기존의 하드 디스크 기반 파일 복구 기법보다 우수함을 보인다. Recently, as flash memory is used as digital storage devices, necessity for digital forensics is growing in a flash memory area for digital evidence analysis. For this purpose, it is important to recover crashed files stored on flash memory efficiently. However, it is inefficient to apply the hard disk based file recovery techniques to flash memory, since hard disk and flash memory have different characteristics, especially flash memory being unable to in-place update. In this paper, we propose a flash-aware file recovery technique for digital forensics. First, we propose an efficient search technique to find all crashed files. This uses meta-data maintained by FTL(Flash Translation Layer) which is responsible for write operation in flash memory. Second, we advise an efficient recovery technique to recover a crashed file which uses data location information of the mapping table in FTL. Through diverse experiments, we show that our file recovery technique outperforms the hard disk based technique.

MLC 낸드 플래시 기반 저장장치의 쓰기 성능 개선을 위한 계층 교차적 최적화 기법

박지성(Jisung Park),이성진(Sungjin Lee),김지홍(Jihong Kim) Korean Institute of Information Scientists and Eng 2017 정보과학회논문지 Vol.44 No.11

The multi-leveling technique that stores multiple bits in a single memory cell has significantly improved the density of NAND flash memory along with shrinking processes. However, because of the side effects of the multi-leveling technique, the average write performance of MLC NAND flash memory is degraded more than twice that of SLC NAND flash memory. In this paper, we introduce existing cross-layer optimization techniques proposed to improve the performance of MLC NAND flash-based storages, and propose a new integration technique that overcomes the limitations of existing techniques by exploiting their complementarity. By fully exploiting the performance asymmetry in MLC NAND flash devices at the flash translation layer, the proposed technique can handle many write requests with the performance of SLC NAND flash devices, thus significantly improving the performance of NAND flash-based storages. Experimental results show that the proposed technique improves performance 39% on average over individual techniques.

Respiratory motion phantom을 이용한 Flash mode 검사에서 motion artifact 감소로 인한 화질개선과 선량감소에 관한 연구

서경진(Kyeong Jin Seo),유흥준(Heung Joon Yoo),서동수(Dong Soo Suh),이기백(Ki Baek Lee) 대한CT영상기술학회 2012 대한CT영상기술학회지 Vol.14 No.2

목적 Chest CT는 호흡으로 인한 움직임의 영향을 많이 받기 때문에 호흡을 멈추고 검사를 한다. 호흡조절이 힘든 고령환자나 읍급중환자, 3세 이하 sedation이 필요한 소아환자의 CT검사에서 호흡에 의한 motion artifact를 줄여 질 좋은 영상을 얻는다면 더 정확한 진단과 재검사로 인한 불필요한 선량감소를 얻을 수 있다. 본 연구는 Chest CT에 Flash mode를 적용하여 빠른 tube rotation time과 pitch로 motion artifact를 줄여 image quality를 개선하고, 환자 선량을 낮출 수 있는지 알아보고자 한다. 대상 및 방법 CT 장비는 Somatom Definition Flash 128장비(Siemens, Erlangen, Germany)을 사용하였고, 팬텀은 ACR phantom(Model #462, Gamex RMI, USA과 Lung chest phantom(Model RS-330, Fluke Biomedical), 본원 방사선 종양학과에서 자체 제작한 respiratory moving phantom을 사용하였다. Spiral mode 1,1.5 pitch와 Flash mode 1.55, 2, 2.5, 3 pitch를 각각 검사하여 비교 평가하였다. Image quality 측정을 위하여 ACR phantom의 Noise, Uniformity, High contrast resolution의 visible lp/cm, MTF 10%, MTF 50%를 측정하였고, Respiratory motion phantom의 scan range는 성인은 32cm, 소아는 10cm으로 설정하였고, 호흡에 의한 움직임은 4초와 2초로 각각 설정하여 Lung chest phantom을 스캔 후 3명의 방사선사가 영상 평가를 시행하였다. 또한 Scan time과 CTDIvol도 비교하였다. 결과 Spiral과 Flash mode 각각 6가지 pitch실험에서 ACR phantom의 Noise, Uniformity, High contrast resolution visible lp/cm이 모두 허용범위 안에 있었고, MTF 10%와 MTF 50%도 큰 변화가 없었다. 하지만 Lung chest phantom의 정성적 평가에서 Flash mode의 pitch가 높아질수록 beam hardening artifacts가 심해졌다. Nodule 갯수와 선명도 폐실질 병변의 선명도 폐하부와 횡격막 사이 선명도, lung vessel의 선명도, 전체적인 image quality 등 5가지 항목에서 scan range가 32cm일 때 Spiral mode Chest 검사는 5점 만점이었으며, 성인환자의 호흡주기가 4초와 2초일 때 각각 Flash mode 1.55 pitch, 2.5 pitch 이상에서 병변 관찰이 가능하였고, 소아일 때는 Spiral mode 1.5 pitch 이상에서 병변 관찰이 용이하였다. Scan time은 32cm 검사 시 Flash mode의 pitch가 높아질수록 scan time이 짧아졌다. CTDIvol값은 Flash mode에서 19% 선량 감소가 있었다. 결론 호흡조절이 힘든 환자에서 호흡에 의한 motion artifact는 진단에 방해를 준다. ACR과 Lung chest phantom 평가에서 보았듯이 Flash mode를 사용하여 검사하면 image quality를 유지하면서 motion artifact가 줄어든 것을 확인할 수 있었고, CTDIvol이 19% 정도 줄어들어 환자 선량도 감소한 것을 알 수 있었다. 성인환자의 호흡주기가 4초와 2초일 때 모두 Flash 2.5pitch로 검사하는 것이 가장 좋았으며, 소아의 경우는 Flash의 모든 pitch에서 좋은 영상을 얻을 수 있다. Chest CT는 폐질환 진단 시 가치가 매우 뛰어나고 follow up검사가 많기 때문에 Flash mode를 적용한 Chest CT는 임상적으로도 굉장히 유용할 것이라 생각된다. I. Purpose Because irregular breathing has a bad effect on, Chest CT must be conducted in holding patient’s breath. CT exam of elderly patients, acute care patient and pediatric patients below 3 years who are difficult to breath needs to decrease breath holding time. Reducing Motion artifact according to irregular breathing can acquire excellent image quality and decrease unnecessary dose due to reexamination. This study adapts to Flash mode in Chest CT exam. By reducing motion artifact with fast tube rotation time and pitch, we evaluate improvement of image quality and patient’s dose reduction II. Meterial and Methods CT scans were performed with a Somatom Definition Flash 128-slice MDCT (Siemens, Erlangen, Germany), ACR Phantom(Model #462, Gamex RMI, USA), Lung chest phantom(Model RS-330, Fluke Biomedical) and respiratory moving phantom which is made by Department of radiation oncology, Asan Medical Center. Each exam adapting spiral mode(1 and 1.5 pitch) and flash trode(1.55, 2, 2.5 and 3 pitch) was respectively evaluated. Noise, Uniformity, visible lp/cm of High contrast resolution, MTF 10% and MTF 50% were measured for image quality. Scan range of Respiratory motion phantom was 32 cm for adult and 10 cm for child and respiratory range was 4 second and 2 second respectively. Three radiologic technologist assessed image quality and scan time, CTDIvol were compared respectively. III. Result All six measurement items(Noise, Uniformity, visible lp/cm of High contrast resolution, MTF 10% and MTF 50%) using both Spiral and Flash mode were within a permissible range and there were no significant differences in MTF 10% and MTF 50%. But visible assessments of Lung chest phantom images showed a bad effect on images. The higher a pitch was increased, the worse an image were showed because of rising beam hardening artifacts. Nodule figure & visibility, visibility of lesion, resolution between lower margin of lung and diaphragm, lung vessel definition and overall image quality were evaluated. When scan range was 32 cm, Spiral mode chest exam scored five points out of five, which is the highest score recorded. When the respiratory range in adult patients was both 4 and 2 second, lesion observation was possible with Flash mode of 1.55 and 2.5 pitch and in pediatric patients, only Spiral mode over 1.5 pitch can catch lesion. The higher a pitch of Flash mode used 32cm was, the more scan time was decreased. In Flash mode, CTDIvol value was 19% dose reduction. IV. Conclusions Motion artifact of irregular breathing has a bad effect on diagnostic images. Our experiments show that when Flash mode is adapted in exam, this artifacts are remarkably decreased with high image quality. Also, there is 19% dose reduction. When the respiratory range in adult patients was both 4 and 2 second, it was the best to adapt 2.5 pitch of Flash mode. For pediatric patients, we got the best image on all pitch of Flash mode. Chest CT exam is very critical about lung disease as diagnostic image and shows a significant increase because of f/u(follow up) role. Thus, Chest CT using Flash mode is considered to be very useful in diagnostic imaging.