KR101904830B1

KR101904830B1 - 구강용 광영상 장치

Info

Publication number: KR101904830B1
Application number: KR1020160120779A
Authority: KR
Inventors: 송우섭; 이병일; 엄주범; 신인희
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-10-11
Also published as: KR20180032250A

Abstract

본 발명은 구강 내 치아 및 잇몸 구조를 실시간으로 다양한 진단 영상을 획득할 수 있는 구강용 광영상 장치에 관한 것으로, 구강 내에 광을 조사하기 위한 광조사부(110)와, 상기 광조사부(110)와 마주하게 배치되어 상기 광조사부(110)에서 조사된 광을 검출하기 위한 제1광검출부(120)를 포함하여 구강 내에 삽입이 가능한 프로브 유닛(100)과; 광을 발생시키기 위한 광원부(210)와; 파장가변 광원(swept source)을 발생시키는 파장가변 광원부(220)와; 상기 광원부와 상기 파장가변 광원부에서 발생된 광을 상기 광조사부로 안내할 수 있도록 구성된 광학계(230)와; 상기 광조사부와 상기 광학계를 연결하여 광 전송이 이루어지는 광섬유다발(240)과; 상기 광학계(230)를 통해 전달된 간섭광을 검출하기 위한 제2광검출부(250)와; 상기 제1광검출부(120)와 상기 제2광검출부(250)의 광신호를 검출하여 영상 정보의 처리가 이루어지는 영상수신부(260)를 포함한다.

Description

구강용 광영상 장치{Optical imaging system for oral cavity}

본 발명은 구강용 광영상 장치에 관한 것으로, 특히 구강 내 치아 및 잇몸 구조를 실시간으로 다양한 진단 영상을 획득할 수 있는 광영상 장치에 관한 것이다.

현재의 치과용 진단기기는 CBCT, X-ray 장치 등이 유일한 실정이며 이러한 진단 기기들은 방사능 피폭의 위험이 있고 해상도가 낮으며 잇몸 등의 연질 조직은 진단이 불가능한 실정이며, 실시간 촬영이 어려워 진료와 진단이 동시에 진행되기 힘들다.

그 외 기술로는 카메라를 이용하여 치아나 잇몸의 외부 형태만을 영상으로 얻는 장치가 대부분이며 광학 단층영상기술을 이용하여 치아 내부 구조의 영상을 얻는 장치가 개발되었으나, 2차원 혹은 3차원 영상을 얻기 위해 스캔이 필요하기 때문에 치과 진료 특성상 구강내로 들어갈 수 있을 정도로 소형화를 시키기가 어려워 치과 적용에는 한계가 있다.

최근 MEMS 기술을 이용한 치과용 스캐너가 개발되었으나 MEMS 자체는 매우 작으나 이를 구동하는 회로 보드가 상대적으로 매우 크고, 스캔 영역이 매우 작기 때문에 진단과 진료가 동시에 가능한 치과용 소형 프로브 적용은 어려움이 있다.

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공개특허공보 제10-2013-0080077호(공개일자: 2013.07.12)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 구강 내 치아 및 잇몸 구조를 실시간으로 다양한 진단 영상을 획득할 수 있는 구강용 광영상 장치를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구강용 광영상 장치는, 구강 내에 광을 조사하기 위한 광조사부와, 상기 광조사부와 마주하게 배치되어 상기 광조사부에서 조사된 광을 검출하기 위한 제1광검출부를 포함하여 구강 내에 삽입이 가능한 프로브 유닛과; 광을 발생시키기 위한 광원부와; 파장가변 광원(swept source)을 발생시키는 파장가변 광원부와; 상기 광원부와 상기 파장가변 광원부에서 발생된 광을 상기 광조사부로 안내할 수 있도록 구성된 광학계와; 상기 광조사부와 상기 광학계를 연결하여 광 전송이 이루어지는 광섬유다발과; 상기 광학계를 통해 전달된 간섭광을 검출하기 위한 제2광검출부와; 상기 제1광검출부와 상기 제2광검출부의 광신호를 검출하여 영상 정보의 처리가 이루어지는 영상수신부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 광학계는, 상기 광원부와 상기 파장가변 광원부에서 발생된 광을 동일 광경로로 안내하기 위한 다이크로익 미러와; 상기 다이크로익 미러를 통과한 광을 상기 광섬유다발로 전환하기 위한 빔 스플리터와; 상기 빔 스플리터에서 발생된 간섭광을 상기 제2광검출부로 집광하기 위한 광학 렌즈;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 광조사부는, 상기 광섬유다발의 방출광을 평행광으로 변환하기 위한 대물렌즈와; 상기 대물렌즈와 조사 대상 사이에 배치된 반투광성 부재를 포함한다.

바람직하게는, 상기 빔 스플리터를 투과한 광을 상기 빔 스플리터로 반사하여 기준광을 발생시키는 기준 미러를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 프로브 유닛은, 상기 광조사부와 상기 제1광검출부를 고정 지지하는 고정브라켓과; 상기 광조사부, 상기 제1광검출부 및 상기 고정브라켓을 수납 고정하게 되는 하우징을 더 포함한다.

보다 바람직하게는, 상기 하우징 측부 일단에서 연장되어 상기 광조사부와 연결되는 광섬유다발과 상기 제1광검출부와 연결되는 케이블이 수납되는 손잡이를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 프로브 유닛은, 상기 프로브 유닛은, 상기 광조사부와 상기 제1광검출부를 고정 지지하는 고정브라켓과; 곡선 형태로 치열을 따라서 치아를 덮도록 하부가 개방된 하우징과; 상기 하우징의 길이 방향으로 마련되어 상기 고정브라켓의 이동을 안내하게 되는 가이드부재와; 상기 가이드부재를 따라서 상기 고정브라켓의 이동을 위한 구동력을 제공하는 구동원;을 포함한다.

본 발명에 따른 구강 광영상 장치는, 구강 내에 삽입이 용이하도록 프로브 유닛을 구비하여 전면적 단층영상과 광섬유다발을 이용하여 스캔 없이 일정 영역의 단층영상을 얻을 수 있으며, 또한 검사 대상에 대한 투과광을 이용하여 잇몸이나 치아의 내부 영상 정보(치아 크랙, 투명도, 성분, 상태 및 미세진단)를 실시간으로 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 치아열의 넓은 면적에 대해 단층 및 3차원 입체 영상을 실시간으로 확인이 가능하여 치과 치료 시에 진단과 동시에 치료가 이루어질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구강용 광영상 장치의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 구강용 광영상 장치의 프로브 유닛의 구성도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 구강용 광영상 장치에 있어서, 프로브 유닛의 바람직한 실시예들을 예시하여 보여주는 도면.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 구강용 광영상 장치는, 광 조사가 이루어지는 광조사부(110)와, 투과광을 검출하기 위한 제1광검출부(120)를 포함하여 구강 내에 삽입이 가능한 프로브 유닛(100)과; 광을 발생시키는 광원부(210)와; 파장가변 광원(swept source)을 발생시키는 파장가변 광원부(220)와; 광원부(210)와 파장가변 광원부(220)에서 발생된 광을 광조사부(110)로 안내할 수 있도록 구성된 광학계(230)와; 광조사부(110)와 광학계(230)를 연결하여 광 전송이 이루어지는 광섬유다발(240)과; 광학계(230)를 통해 전달된 간섭광을 검출하기 위한 제2검출부(250)와; 상기 제1광검출부(120)와 상기 제2검출부(250)의 광신호를 검출하기 위한 영상수신부(260)를 포함한다.

프로브 유닛(100)은 구강 내에 삽입되어 검사 대상(치아, 잇몸 등)에 광을 조사하거나 검사 대상을 투과한 광의 검출이 이루어진다.

구체적으로 프로브 유닛(100)은 구강 내에서 광을 조사하기 위한 광조사부(110)와, 광조사부(110)와 마주하게 배치되어 광조사부(110)에서 조사되어 검사 대상을 투과한 광을 검출하기 위한 제1광검출부(120)를 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 구강용 광영상 장치의 프로브 유닛의 구성도이다.

도 2를 참고하면, 프로브 유닛(100)은 광조사부(110)와 제1광검출부(120)가 서로 마주하여 배치되며, 바람직하게는, 광조사부(110)와 제1광검출부(120)는 고정브라켓(101)을 매개로 하여 고정되어 하우징(102) 내에 수납되어 지지된다.

고정브라켓(101)은 수평바(101a)와, 수평바(101a) 양단에서 각각 수직으로 절곡된 두 개의 수직바(101b)로 이루어져 전체적으로 "U"자 형상을 가지며, 두 수직바(101b)의 선단에 광조사부(110)와 제1광검출부(120)가 고정된다.

본 실시예에서 수평바(101a)는 가이드돌기(101b)가 마련되고 가이드돌기(101b)는 하우징(102)에 구비된 가이드레일(102a)을 따라서 이동 가능하게 마련됨을 예시하고 있으며, 한편, 수평바 또는 수직바는 하우징 내에서 고정되어 지지될 수도 있을 것이다.

두 수직바(101b) 사이의 거리는 검사 대상(치아; 1)을 중심으로 양측에 광조사부(110)와 제1광검출부(120)가 위치할 수 있도록 충분하게 확보할 수 있는 범위 내에서 적절히 결정된다.

하우징(102)은 광조사부(110), 제1광검출부(120) 및 고정브라켓(101) 전체를 감싸도록 마련되며, 예를 들어, 대략 "U"자의 종단면을 갖는 중공 형상일 수 있다.

한편, 하우징(102)은 광조사부(110)와 제1광검출부(120)가 위치하는 광조사 및 광검출이 이루어지는 광로 상에는 관통 형성된 홀 또는 투광성의 윈도우가 마련될 수 있다.

바람직하게는, 하우징(102)의 하단에 완충부재(103)가 마련되어 하우징(102)은 완충부재(103)를 매개로 하여 잇몸(2)에 지지되어 구강 내에서 고정될 수 있다.이러한 완충부재(103)로는 실리콘 등과 같이 탄성을 갖는 소재가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

광조사부(110)는 후단에 광섬유다발(240)이 구비되어 광섬유다발(240)의 방출광을 평행광으로 변환하기 위한 대물렌즈(111)를 포함하며, 바람직하게는, 대물렌즈(111)의 전단에는 반투광성 부재(112)가 마련될 수 있다. 반투광성 부재(112)로는 표면에서 광 반사와 광 투과가 동시에 이루어지는 유리에 의해 제공될 수 있다.

제1광검출부(120)는 광조사부(110)에서 조사되어 검사 대상을 투과한 투사광을 검출하기 위한 것으로, 주지의 카메라에 의해 제공될 수 있다.

제1광검출부(120)와 연결되는 케이블(미도시)은 고정브라켓(101) 내부로 수납되어 광섬유다발(240)과 함께 프로브 유닛(100) 바깥으로 인출될 수 있으며, 이 케이블은 영상수신부(260)로 연결되어 검출된 광영상을 전달한다.

다시 도 1을 참고하면, 광원부(210)는 광을 발생시키기 위한 것으로 레이저 다이오드(LD) 또는 발광 다이오드(LED)에 의해 제공될 수 있으며, 바람직하게는, 백색, 청색, 녹색, 적색의 4가지로 구성될 수 있으며, 각 파장대의 검사 대상의 광의 투과 영상을 분석하여 치아 또는 잇몸 기능의 진단이 이루어질 수 있다. 또한, 다이크로익 필터(dichroic filter)와 조합되거나 다색 출력이 가능한 LD 또는 LED가 사용되어 투과용 광원의 추가가 이루어질 수 있다.

파장가변 광원부(220)는 평균 파장(λ0)과, 상대적으로 넓은 유한 대역폭(W)을 갖는 광을 생성한다.

광학계(230)는 복수의 렌즈, 다이크로익 미러(dichroic mirror), 및 빔 스플리터(beam splitter)로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1렌즈(231)는 파장가변 광원부(220)에서 방출된 광을 평행광을 변환하며, 제2렌즈(232)는 광섬유 다발(240)에 집광하게 되며, 제3렌즈(233)는 제2검출부(250)의 전단부에 마련되어 집광이 이루어진다.

다이크로익 미러(234)는 광원부(210)와 파장가변 광원부(220)에서 발생된 광을 동일 광로(light path)로 안내하며, 빔 스플리터(235)는 광의 일부분을 반사하여 광섬유 다발(240)로 광 안내가 이루어진다.

도면부호 236은 광필터이다.

한편, 광학계(230)는 기준광을 발생시키기 위한 기준 미러(237)를 더 포함할 수 있으며, 이때 기준 미러(237) 전단에는 빔 스플리터(235)를 통과한 평행광을 집광하기 위한 대물렌즈(238)가 마련될 수 있다.

제2광검출부(250)는 광학계(230)를 통해 전달되는 간섭광을 검출하기 위한 것으로, 주지의 카메라에 의해 제공될 수 있다.

영상수신부(260)는 제1광검출부(120)와 제2광검출부(250)의 광신호를 검출하여 검사 대상의 영상 정보를 처리하기 위한 것으로, 제1광검출부(120)에서 검출된 광영상을 이용하여 검사 대상에 대한 투과 영상 정보를 얻을 수 있으며, 제2광검출부(250)에서 검출된 간섭광을 이용하여 검사 대상의 3차원 영상정보를 얻을 수 있다.

구체적으로, 제2광검출부(250)로부터 검사 대상의 3차원 영상정보를 얻는 과정은 다음과 같다.

먼저 파장가변 광원부(220)는 평균 파장과, 일정 대역폭을 갖는 광을 생성하게 되며, 이 광은 제1렌즈(231)에서 평행광으로 변환되어 빔 스플리터(235)에서 나뉘어 프로브 유닛(100)과 기준 미러(237)로 전달된다.

프로브 유닛(100)에서는 광섬유다발(240)에 집광된 빛이 검사 대상에 조사되며, 이때 광섬유다발을 구성하는 각 광섬유에 해당하는 영역에 조사된 빛이 조사 대상에서 산란되어 다시 각 광섬유를 통해 광학계(230)로 전달된다. 한편, 광학계(230)로 전달된 산란광은 기준 미러(237)에서 반사된 기준 광과 함께 빔 스플리터(235)에서 합쳐져 간섭광을 발생시키며, 이 간섭광은 제3렌즈(233)에서 집광되어 제2광검출부(250)에서 검출이 이루어진다.

제2광검출부(250)에서 검출된 간섭광은 영상수신부(260)로 전달되며, 영상수신부(260)는 제2광검출부(250)와 파장가변 광원부(220)를 동기화하여 파장가변 광원부(220)에서 발생되는 광원의 파장을 변화시키면서 간섭광을 얻고 이를 푸리에 변환(FFT)을 수행함으로써 깊이 정보로 변환할 수 있다. 따라서 영상수신부(260)는 이를 통하여 스캔 없이 검사 대상의 3차원 영상정보를 얻을 수 있다.

영상수신부(260)는 제2광검출부(250)에서 전달되는 신호를 연산 처리할 수 있는 프로세서와, 데이터를 저장할 수 있는 데이터 저장부와, 영상 데이터를 출력할 수 있는 디스플레이를 포함할 수 있다.

한편 본 실시예에서 기준 광을 발생시키기 위한 수단으로 기준 미러(237)가 사용되었으나, 별도의 기준 미러가 없이 간섭광을 얻을 수 있다. 구체적인 예로서, 도 2를 참고하면, 대물렌즈(111) 전단에 마련된 반투광성 부재(112)에 의한 반사광과 검사 대상(치아)의 반사광이 간섭이 발생될 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 구강용 광영상 장치에 있어서, 프로브 유닛의 바람직한 실시예들을 예시하여 보여주는 도면으로서, 프로브 유닛의 내부에 수납되는 광조사부와 제1광검출부의 구성은 앞서 설명한 것과 동일하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 프로브 유닛(300)은, 치아(1)를 중심으로 양측을 감싸게 되는 하우징(310)을 포함하며, 하우징(310) 측부 일단에서 연장되는 손잡이(320)를 포함한다.

손잡이(320)는 중공 형상으로서, 내부에는 광조사부에 연결되는 광섬유다발(330)과, 제1광검출부와 연결되는 케이블(340)이 수납된다.

도면부호 311은 하우징(310) 하단에 마련된 완충부재이다.

따라서 구강 내의 국소적인 영역에 대한 검사가 요구되는 경우에 손잡이(320)를 파지한 상태에서 환자의 구강 내에 프로브 유닛(300)을 삽입하여 잇몸에 고정 지지하여 검사가 이루어질 수 있다.

다음으로, 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 프로브 유닛(400)은, 곡선 형태로 치열(齒列)을 따라서 치아 전체를 덮도록 하부가 개방되게 마련된 하우징(410)과, 하우징(410)을 따라서 이동이 가능한 고정브라켓(420)을 포함한다.

본 실시예에서 고정브라켓(420)은 앞서 도 2에서 설명한 것과 실질적으로 동일하며, 하우징(410)을 따라서 이동이 가능하다.

구체적으로, 하우징(410)은 길이 방향으로 가이드부재(411)가 마련되며, 가이드부재(411)를 따라서 고정브라켓(420)을 전후 구동하기 위한 구동원(430)이 마련될 수 있다. 구동원(430)으로는 주지의 모터 또는 구동 전압에 의해 기계적인 응력을 발생시키는 압전소자(PZT)에 의해 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 프로브 유닛(400)은 치열을 따라서 고정브라켓(420)이 이동이 가능하여 조사 대상에 대한 파노라마 영상 획득이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100, 300, 400 : 프로브 유닛 110 : 광조사부
120 : 제1광검출부 210 : 광원부
220 : 파장가변 광원부 230 : 광학계
240 : 광섬유다발 250 : 제2광검출부
260 : 영상수신부

Claims

구강 내에 광을 조사하기 위한 광조사부(110)와, 상기 광조사부(110)와 마주하게 배치되어 상기 광조사부(110)에서 조사된 광을 검출하기 위한 제1광검출부(120)를 포함하여 구강 내에 삽입이 가능한 프로브 유닛(100)과;
광을 발생시키기 위한 광원부(210)와;
파장가변 광원(swept source)을 발생시키는 파장가변 광원부(220)와;
상기 광원부(210)와 상기 파장가변 광원부(220)에서 발생된 광을 상기 광조사부(110)로 안내할 수 있도록 구성된 광학계(230)와;
상기 광조사부(110)와 상기 광학계(230)를 연결하여 광 전송이 이루어지는 광섬유다발(240)과;
상기 광학계(230)를 통해 전달된 간섭광을 검출하기 위한 제2광검출부(250)와;
상기 제1광검출부(120)와 상기 제2광검출부(250)의 광신호를 검출하여 영상 정보의 처리가 이루어지는 영상수신부(260)를 포함하며,
상기 광학계(230)는, 상기 광원부(210)와 상기 파장가변 광원부(220)에서 발생된 광을 동일 광경로로 안내하기 위한 다이크로익 미러(234)와; 상기 다이크로익 미러(234)를 통과한 광을 상기 광섬유다발(240)로 전환하기 위한 빔 스플리터(235)와; 상기 빔 스플리터(235)에서 발생된 간섭광을 상기 제2광검출부(250)로 집광하기 위한 광학 렌즈(233);를 포함하며,
상기 광조사부(110)는, 상기 광섬유다발(240)의 방출광을 평행광으로 변환하기 위한 대물렌즈(111)와; 상기 대물렌즈(111)와 조사 대상 사이에 배치되어 표면에서 광 반사와 광 투과가 함께 이루어지는 반투광성 부재(112);를 포함하는 구강용 광영상 장치.
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제1항에 있어서, 상기 프로브 유닛은,
상기 광조사부와 상기 제1광검출부를 고정 지지하는 고정브라켓과;
상기 광조사부, 상기 제1광검출부 및 상기 고정브라켓을 수납 고정하게 되는 하우징을 더 포함하는 구강용 광영상 장치.
제5항에 있어서, 상기 하우징 측부 일단에서 연장되어 상기 광조사부와 연결되는 광섬유다발과 상기 제1광검출부와 연결되는 케이블이 수납되는 손잡이를 더 포함하는 구강용 광영상 장치.
제1항에 있어서, 상기 프로브 유닛은,
상기 광조사부와 상기 제1광검출부를 고정 지지하는 고정브라켓과;
곡선 형태로 치열을 따라서 치아를 덮도록 하부가 개방된 하우징과;
상기 하우징의 길이 방향으로 마련되어 상기 고정브라켓의 이동을 안내하게 되는 가이드부재와;
상기 가이드부재를 따라서 상기 고정브라켓의 이동을 위한 구동력을 제공하는 구동원;을 포함하는 구강용 광영상 장치.