LiDent: Enhancing the quality of long-term orthodontic treatments through a dedicated at-home 3D reconstruction system

Orthodontic treatments are based on slow, controlled motions over extended periods of time. These procedures are monitored every two or three months; we can infer that these intervals between controls are long enough without proper supervision, increasing the possibility of introducing discrepancies in the treatment plan trajectory. The deviations or mismatches may be produced by biological variables, unpredictability from environmental factors, or just not enough treatment adherence. These issues often become evident only during subsequent clinical visits when outcomes do not fully align with the expectations defined in the dental design software at the beginning of the treatment. As a consequence, the uncertainty increases for both patients and orthodontic teams, affecting confidence, efficiency, and treatment unfolding. This thesis explores LiDent as a monitoring instrument designed to be simple, intuitive, and accessible. This tool is intended to be distributed among orthodontists, where they can use it to track their patients' progress one by one. The system aims to complement the cynical baseline established through modern intraoral scanners, which has become the new standard quality in the field. It generates actionable and readable data, enhancing decision-making during ongoing treatments. Without competing with high-end professional scanning equipment, it seeks to leverage from them and extend their value through accessibility, continuity, and speed. For the definition of the product was desired focalize into a design research focus and double diamond methodology, across of this thesis has been key for instance the investigates in the new ways how we are interacting with mass technology and it penetration in our lives or more specific, which is the most suitable cross platform for 3D reconstruction with can be one of the cornerstones for the project besides how to potentialize it throughout hardware additional assets, to tackle an industrial design dimension. This thesis seeks a suitable equilibrium between software, hardware, and services. At this current stage, the system is based on an iPhone-assisted setup addressed properly by hardware touching some principles of cameras, scanners, and optics compatible with phones, such as UVC (USB Video Class) Arducam’s cameras. Exponentially, this platform might be applied in the future across other platforms, maintaining quality. However, due to the fact of the fast 3D reconstruction, which is needed, the thesis currently relies on Xcode for the pilot presented as MVP(Minimum Viable Product) based on 3D reconstruction, but using, in early stages, Videogrammetry as a vehicle for testing. This allows translating video to three-dimensional assets using a dedicated pipeline. The resulting data is visualized through a clinical dashboard, designed as a central element of the system and explicitly oriented toward the orthodontist’s workflow. The produced data underlines the potential of accessible 3D assets for monitoring practice to improve treatment quality and traceability, enabling clinical detection of early changes in the correct development of the patient’s roadmap without a dramatic increment of the burden of in-clinic controls, but strengthening communication channels between stakeholders.

I trattamenti ortodontici si basano su movimenti lenti e controllati distribuiti su periodi di tempo prolungati. Queste procedure vengono monitorate ogni due o tre mesi; si può quindi dedurre che gli intervalli tra i controlli siano sufficientemente lunghi da aumentare, in assenza di una supervisione adeguata, la possibilità di introdurre discrepanze nella traiettoria del piano di trattamento. Le deviazioni o incongruenze possono essere generate da variabili biologiche, dall’imprevedibilità di fattori ambientali o semplicemente da una scarsa aderenza al trattamento. Questi problemi diventano spesso evidenti solo durante le visite cliniche successive, quando i risultati non coincidono pienamente con le aspettative definite nel software di progettazione dentale all’inizio del trattamento. Di conseguenza, aumenta il livello di incertezza sia per i pazienti sia per i team ortodontici, influenzando la fiducia, l’efficienza e lo sviluppo del trattamento. Questa tesi esplora LiDent come strumento di monitoraggio progettato per essere semplice, intuitivo e accessibile. Lo strumento è pensato per essere distribuito tra gli ortodontisti, consentendo loro di monitorare il progresso dei pazienti individualmente. Il sistema mira a complementare la baseline clinica stabilita dai moderni scanner intraorali, divenuti il nuovo standard qualitativo nel settore. Genera dati leggibili e azionabili, migliorando il processo decisionale durante i trattamenti in corso. Senza competere con le apparecchiature professionali di scansione ad alte prestazioni, il sistema intende valorizzarle ed estenderne il valore attraverso accessibilità, continuità e rapidità. Per la definizione del prodotto si è scelto di focalizzarsi su un approccio di design research e sulla metodologia del Double Diamond. Nel corso della tesi sono state fondamentali, ad esempio, le indagini sui nuovi modi in cui interagiamo con le tecnologie di massa e sulla loro penetrazione nella vita quotidiana, nonché l’identificazione della piattaforma cross-platform più adatta alla ricostruzione 3D, considerata uno dei pilastri del progetto insieme alla possibilità di potenziarla attraverso asset hardware aggiuntivi, affrontando così una dimensione propria del design industriale. La tesi ricerca un equilibrio adeguato tra software, hardware e servizi. Nello stato attuale, il sistema si basa su una configurazione assistita da iPhone, opportunamente supportata da hardware che integra principi legati a camere, scanner e ottiche compatibili con smartphone, come le camere UVC (USB Video Class) di Arducam. In prospettiva, la piattaforma potrebbe essere applicata anche ad altri ecosistemi mantenendo la qualità. Tuttavia, a causa della necessità di una ricostruzione 3D rapida, la tesi si basa attualmente su Xcode per il pilot presentato come MVP (Minimum Viable Product), fondato sulla ricostruzione 3D e utilizzando, nelle fasi iniziali, la videogrammetria come veicolo di sperimentazione. Questo approccio consente di tradurre video in asset tridimensionali attraverso una pipeline dedicata. I dati risultanti vengono visualizzati tramite una dashboard clinica, progettata come elemento centrale del sistema ed esplicitamente orientata al workflow dell’ortodontista. I dati prodotti evidenziano il potenziale degli asset 3D accessibili come strumento di monitoraggio per migliorare la qualità e la tracciabilità del trattamento, consentendo la rilevazione clinica precoce dei cambiamenti nel corretto sviluppo del percorso del paziente senza aumentare drasticamente il carico dei controlli in clinica, ma rafforzando i canali di comunicazione tra gli stakeholder.