j Dent Res 2001 Koolstra 1908 12

8/6/2019 j Dent Res 2001 Koolstra 1908 12

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2001 80: 1908J DENT RESJ.H. Koolstra, M. Naeije and T.M.G.J. Van Eijden

The Three-dimensional Active Envelope of Jaw Border Movement and its Determinants

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J D e n t R e s 8 0 ( 1 0 ) 2 0 0 1M A T E R I A L S & M ET HODS

J a w B o r d e r M o v e m e n t E n v e l o p eB o r d e r m o v e m e l n t s i m u l a t i o n l s w e r e p e r f o r m i e d b y m c a n s o f am a t h e m a t i c a l m o d e l o l t h e h u m a n m a s t i c a t o r y s y s t e m . T h i s m o d e le n a b l e s o n e t o a n a l y z e j a w im o v e m i l e n t s w i t h 6 d e g i e e s o f f r e e d o m( K o o l s t r a a n d v a n E i j d e n , 1 9 9 5 , 1 9 9 6 , 1 9 9 7 b , 1 9 9 9 ) . [ F o r a ne x t e n s i v e d e s c r i p t i o n , p l e a s e r e f e r t o t h e Appendix( w w w . d e n t a l r c s c a r c h . o r g ) . ] T h e m o d c l c o n s i s t s o f ' a l o w e r j a ww h i c h i i s a b l e t o move f r e e l y i n t h e t h l - e e - d i m i l e n i s i o n i a l s p a c e . T h ej a w i s a c c e l e r a t e d b y f o r c e s a n d a c c o m p a n y i n g t o r q u e s w i t hr e s p e c t t o i t s c e n t e r o ' g r a v i t y . a p p l i e d b y m u s c l e s ( b o t h a c t i v e a n dp a s s i v e m u s c I C t e n s i o n s ) a n d b y j o i n t s u r t f a c c s , b i t e p o i n t s , a n dl i g a m e n t s t h r o u g I l r e a c t i o n f o r c e s . T h e m u s c l e s i n c l u d e d w e r e :s u p e r f i c i a l a n d d e e p m a s s e t e r , a n t e r i o r a n d p o s t e r i o r t e m p o r a l i s ,m e d i a l p t c r y g o i d , s u p e r i o r a n d i n f e r i o r l a t e r a l p t e r y g o i d , d i g a s t r i c ,g e n i o h y o i d , a n d m y l o h y o i d ( F i g . 2 ) . T h e m u s c l e s w e i e a s s u m e d t or u n s t r a i g h t b e t w e e n t h e i r o r i g i n s a n d i n s e r t i o n s , e x c e p t t h es u p e r i o r l a t e r a l p t e r y g o i d , w h i c h was b e n t o v e r t h e a r t i c u l a re m i n e n c e w h e n t h e c o n d y l e w a s l o c a t e d i n t h e m a n d i b u l a r f o s s a .M L u s c l e f o r c e s w e r c d e p e n d e n i t o n t h e a m o u L i t o f a c t i v a t i o n ,s a r c o m e r c d y n a m i c s ( f o r c c - l e n g t h r e l a t i o n s l i i p , f o r c e - v e l o c i t yr e l a t i o n s h i i p , p a s s i v e m u s c l e f o r - c e ) , a n d a c t i v a t i o n d y i i a m i c s .M u s c l e f i b e r l e n g t h s , s a r c o m e r e l e n g t h s , a n d p h y s i o l o g i c a l c r o s s -s e c t i o n s w e i c o b t a i n e d f r o m i l v a n E i j d e n e l o f l . ( 1 9 9 5 , 1 9 9 6 , 1 9 9 7 ) ,t h e d y n a m i c m u s c l e p r o p e r t i e s f r o m i l v a n R u i j v e n a n d W e i j s ( 1 9 9 0 ) ,a n d a c t i v a t i o n d y n a m i l i c s f r o m W i n t e r - s a n d S t a r k ( 1 9 8 7 ) . T h el i g a m e n t s w e r e m o d e l e d a s w i r e s r u n l n i l n g f r o m t h e l a t e r a l p o l e o ft h e c o n d y l e s t o t h e l a t e r a l S U l t f a c e o f ' t h e a r t i c u l a r e m i n l e n i c e s , w h i c hp r o d u c e d r e a c t i o n f o r c e s w l i e np u l l e d t a u t .

R e c e n t l y , a m e t h o d h a s b e e nd e v e l o p e d t o p r e d i c t a d e q u a t c ja w m o d e lm u s e c l e r e e r n i t e l l n l t p a t t e r n s t om o v c t h e i n c i s o r p o i n t o f t h e m a n a -d i b l e t o a d e s i r e d p o s i t i o n ( K o o l - T T E M _ As t r a a n d v a n E i j d e n , 2 0 0 1 ) . I ' t h i s T E M Pp o s i t i o n w a s b e y o n i d t h e a c t i v e e n - L P T - Sv e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n t , t h e ,m o v e m e n t w a s s t o p p e d b y , o n t h e , L P T - 1o n e s i d e , p a s s i v e c o n i s t r a i n t s a n d ,on t h e o t h e r s i d e , b y a t a i l u l e o f ' ' 7t h e m u s c l e s t o m o v e i t a n y r i r t h c r . . . . " . . " . .T h e m o d e l w a s i m p l e i m e n t e d o n a n ,.'."IBM R S / 6 0 0 0 SP c o m p u t c r s y s - . . .t e m . I t w a s w r i t t e n i n AI X XLFORTRAN, e n a b l i n g p a r a l l e l i z e dc o m p u t i n g t o b e d o n e b y m e a n s o f ' D I GMPI ( M e s s a g e P a s s i n g I n t c r f a c e )l i b r a r y r o u t i n c s . F i g u r e 2 . O v e r v i e w o f t h e m o ca c t i o n f r o m o r i g i n ( c r o s s - b o r )I n t h e p r e s e n t s t L u d y , w e e x p l o r e d M P T , m e d i a l p t e r y g o i d ; T E M _ ,t h e l i m i t s o f m a n l d i b u l a r i o o v e m e n i t p t e r y g o i d ; L P T _ I , i n f e r i o r l a t e rb y a t t e m p t i n g i n c i s o r p o i n t m o v c - M u s c l e m o d e l . T o t a l f o r c e i s s Lm e n t s t o w a r d p o s i t i o n s f ' a r b e y o n d a c t i v a t i o n , i n s t a n t a n e o u s s a rt h e p o s s i b l e m o v e m e t i t a r e a . T o c x - d e p e n d e n t o n i n s t a n t o n e o u s s cp l o r e t h e a n t e i i o r b o r d e r o f p o s s i b l cj a w m o v e m e n t s , we l o c a t e d t h e s e p o s i t i o n s a b o u t 1 ( 0 cm i n t r o n t o l 't h e i n c i s o r p o i n t a t r e s t a n d , f o r t h e p o s t e r i o r b o r d e r , a t a b o u t 1 0 C m i lb c h i n i d i t . V e r t i c a l l y a n d l a t e r a l l y , t h e s e p o s i t i o n s w e r e d e f i n i e da c c o r d i n g t o a 5 x 5 mm g r i d i n f i - o n t a l p l a n e s r a n g i n g o v e r 7 c m a n d5 c m , r c s p e c t i v e l y . E n o u g I l t i m e ( 0 . 2 s e c ) w a s a l l o w e d t o l e t t h ec e n t r a l i n c i s o r s r e a c h t h e s u b s e q u e n i t b o r d e r p o i n t s . O n l y t h e r i g h t

:V00-w-/ 1 BS i n :

' P '

: A

:AF i g u r e 1 . A c t i v e t h r e e - d i m e n s i o n a l e n v e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n tr e c o r d e d f r o m a 4 4 - y e a r - o l d m a l e s u b j e c t w i t h n o s i g n s ot e m p o r o m a n d i b u l a r d i s o r d e r s . T h e s u r f a c e s w e r e f i t t e d t h r o u g h t ha n t e r i o r m o s t a n d p o s t e r i o r m o s t l o c a t i o n s o f i n t o t a l 4 8 , 0 0 0 i n c i s op o s i t i o n s o b t a i n e d d u r i n g v a r i o u s s a g i t t a l , m e d i o l a t e r a l , a n d t r a n s v e r sb o r d e r m o v e m e n t s . ( A ) C r o s s - s e c t i o n a l f r o n t a l v i e w . B a r s : 1 c m . ( BS a g i t t a l v i e w . ( C ) F r o n t a l v i e w .

m u s c l e m o d e l

,,-C-I n i - m ( p m !

. I E H /] e l . ( L e f t ) J a w m o d e l i n v e n t r o - l a t e r a l v i e w . C o n t i n u o u s l i n e s : m u s c l e l i n e s ot o i n s e r t i o n ( c i r c l e ) . M A S _ S , s u p e r f i c i a l m a s s e t e r ; M A S _ P , d e e p m a s s e t e r4 , a n t e r i o r t e m p o r a l i s ; T E M P , p o s t e r i o r t e m p o r a l i s ; L P T S , s u p e r i o r l a t e r ar a l p t e r y g o i d ; D I G , d i g a s t r i c ; G E H , g e n i o h y o i d ; M Y H , m y l o h y o i d . ( R i g h ti m o f s a r c o m e r e f o r c e s ( F s a r c o m e r e s ) . T h e a c t i v e f o r c e ( l F , v e ) i s d e p e n d e n t o nc o m e r e l e n g t h , a n d c o n t r a c t i o n v e l o c i t y . T h e p a s s i v e t e n s i o n ( F p S S I v e ) ia r c o m e r e l e n g t h .

s i d e w a s e x p l o r e d . T F l e o b t a i n e d b o r d e r p o i n t s w e i - C i r r o i e d s o t h aw e c o u l d o b t a i n t h e c o m p l e t e t h r e e - d i m i l e n i s i o n i a l e x i v e l o p e om o v e m e n i t . T h r e e - d i m e n s i o n i a l s u r f a c e s w e r c t i t t e d t h i o u g h l t ha n t e r i o r a n d p o s t e r i o r b o r d e r p o i n t s b y M a t l a b ( t h e M a t h W o r k s I n cN a t i c k , MA, U S A ) . W e c o n s t r u c t e d t h r e e - d i m e n s i o n a l e i x v e l o p e s ob o r d e r m o v e m e i i t b y c o m b i n i n g t h e s e a n t e r i o r a n d p o s t e r i o r s u r f a c e s

1 9 0

I

a c b v a n o n dynDacs

. , . 8 b. . s . . . . . . . . . . roo zoo n

--1-1. -M.10

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1 9 1 0 K o o l s t r a e t a / .

d i m e s i o a e n e l p ofbre oeetcosrce + t h r u g t h e s e+ 4 4 - U ' S i s A:

A B CF i g u r e 3 . B o r d e r p o i n t s a s p r e d i c t e d b y t h e m o d e l a n d t h e a c t i v e t h r e e -d i m e n s i o n a l e n v e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n t c o n s t r u c t e d t h r o u g h t h e s ep o i n t s . + = b o r d e r p o i n t s p r e d i c t e d f o r a l l m a x i m a l l y r e t r u d e d p o s i t i o n s .o = b o r d e r p o i n t s p r e d i c t e d f o r a l l m a x i m a l l y p r o t r u d e d p o s i t i o n s . ( A )P o s t e r o - l a t e r a l v i e w . ( B ) L a t e r a l v i e w . ( C ) A n t e r o - l a t e r a l v i e w .

We e x p l o r e d t h e i n i l u e n c e o f t h e t e m p o r o m i l a n d i b u l a r l i g a m e n t so n t h e a c t i v e e n v e l o p e o f ' b o r d e r m o v x e m e i t b y p e r t o r m i n i g a s e r i e so f b o r d e r m o v e m e n l t s i m u l a t i o n i s w i t h a m o d e l l f r o m w h i c i h t h e yw e r c r c m o v c d . T h c i n i l u e n c e o l ' t h e p a s s i v e e l a s t i c t e n s i o n o f t h em a s t i c a t o r y m u s c l e s w a s s t u d i c d b y s i m i l a r s i m u l a t i o n s w h i l e t h ct e n s i o n w a s d c c r e a s e d o r i n c r e a s e d b y a f a c t o r o f t 2 .R E S U L T SB o r d e r M o v e m e n t S i m u l a t i o n sI n F i g . 3 , t h e s i m u l a t e d b o r d l e r p o i n t s a r e d i s p l a y e d t o g e t h e rw i t h t h e s u r l a c e s f i t t e d t hr o u g h t he m. T h e j a w c o u l d b e o p e n e do v e r 3 . 4 c m . T h e maximum a m o u n t o f ' o p e n i n g b y r o t a t i o na b o u t a n i n t e r c o n i d y l a r a x i s o n l y ( d e d u c e d f r o m t h e r i d g e a b o u th a l f w a y f r o m i l t h e p o s t e r i o r b o r d e r o f t h e e n v e l o p e ) w a s 2 . 3 c m .Maxi mum p r o t r L i s i o n , r e t r u s i o n , a n d l a t e r o d e v i a t i o n w e r e 9 , 3 ,a n d 1 2 . 6 m i m , r e s p e c t i v e l y . T h e t r a n s v e r s e c r o s s - s e c t i o n s ( F i g .4 A ) o f ' t h e e n v e l o p e h a v e s h a r p e d g e s a t t h e r i g h t a n d l e f t s i d e sb u t a r e i l a t t e n i e d a n t e r i o r l y a n d p o s t e r i o r l y .D u r i n i g t h e b o r d e r m o v e m i l e n i t s , t h e m a n d i b u l a r c o n d y l em a i n t a i n e d c o n t a c t w i t h t h e a r t i c u l a r e m i n e n c e o t ' t h e s k u l l . T h el a r g e s t a n t e r o - p o s t e r i o r e x c L i r s i o n s ( 1 . 5 c m ) w e r e o b s e r v e d i nt h e c o n t r a l a t e r a l j o i n t , a n d t h e l a r g e s t m e d i o - l a t e r a l e x c u r s i o n s( 0 . 7 c m ) i n t h e i p s i l a t e r a l o n e ( d a t a n o t s h o w n ) .I n f l u e n c e o f P a s s i v e S t r u c t u r e sT h e e x t e n s i o n o h t h e a c t i v e e n v e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n tb e c a m e a b o u t 63% l a r g e r i n t h e a n t e r o - p o s t e r i o r d i r e c t i o n a n da b o u t 27% i n t h e r n e d i o - l a t e r a l d i r e c t i o n a f t e r t h et e m p o r o m a n d i b u l a r l i g a m e n t s w e r e r e m o v e d ( F i g . 4 B ) . T h ei n c r e a s c w a s n o t f o u n d i n t h e v e r t i c a l d i r e c t i o n ; t h e maximuma m o u n t o f j a w o p e n i n g r e m a i n e d t h e s a m e . T h e a m o u n t o f 'o p e n i n g b y r o t a t i o n a b o u t t h e i n t e r c o n d y l a r a x i s w a s l e s s ( a b o u t1 . 7 c m ) , x h e r e a s t h e p o s t e r i o r p r o m i n e n c e i n t h e p o s t e r i o rb o r d e r o f t h e e n v e l o p e h a d a l m o s t d i s a p p e a r e d . Maximump r o t r u s i o n , r e t r u s i o n , a n d l a t e r o d e v i a t i o n w e r e i n c r e a s e d t o 1 0 ,9 . 4 , a n d 1 6 m m r , r e s p e c t i v e l y .

A l t e r r e m o v a l o f t h e l i g a m e n t s , t h e c o n d y l e w a s a b l e t omove b e y o n d t h e n a t u r a l b o r d e r s o f t h e a r e a o f a r t i c u l a rc o n t a c t . T h e l a r g e s t e x c u r s i o n s w e r e f o u n d f o r t h e c o n t r a l a t e r a lc o n d y l e , w l i i c h m o v e d 1 . 5 cm m e d i a l l y w h e n i t h e i n c i s o r sm o v e d t o t h e i r m o s t l a t e r a l p o s i t i o n . B o t h c o n d y l e s m o v e dm a x i m a l l y a b o u t 3 cm i n t h e p o s t e r i o r d i r e c t i o n a l o n g t h e

r e f e r e n c e, , . . . . , . . . "

' , , ~i3wwmd-*

J D e n t R e s 8 0 ( 1 0 ) 2 0 0no l i g a m e n t s11 - b ;

, 9 S d i i .E

t J D e +tu g sv1,A

50% p a s s i v e m u s c l e t e n s i o n s 200% p a s s i v e m u s c l e t e n s i o n s,4. - e $.Z I IZ t ' I f t , -7,

0 .-0ftiI~C :

n

D v

F i g u r e 4 . A c t i v e t h r e e - d i m e n s i o n a l e n v e l o p e s o f b o r d e r m o v e m e n t ap r e d i c t e d b y t h e m o d e l . ( A ) N o r m a l m o d e l . ( B ) M o d e l w i t h o ut e m p o r o m a n d i b u l a r l i g a m e n t s . ( C ) M o d e l w i t h r e d u c e d p a s s i v e m u s c lt e n s i o n s . ( D ) M o d e l w i t h i n c r e a s e d m u s c l e t e n s i o n s . L e f t p a n e l s : c r o s ss e c t i o n a l f r o n t a l v i e w . B a r s : 1 c m . U p p e r r i g h t p a n e l s : s a g i t t a l v i e wL o w e r r i g h t p a n e l s : f r o n t a l v i e w .

( a r t i l i c i a l l y c x t e n d e d ) t e m p o r a l s u r t h e C C , t o r e t r u d e t h e i n i c i s o rm u c h a s p o s s i b l e ( d a t a n o t s h o w n ) .T h e a p p l i e d c h a n i g e s i n p a s s i v e e l a s t i c p r o p e r t i e s o f ' t hm u s c l e s h a d m u c h l e s s i n I l u e l i c e o n t h e c n x v c l o p e o f m o v e x i l e m i tR e d u c t i o l l o t ' t h i s p r o p e r t y ( F i g . 4 C ) l e d t o a s l i g h t l y l a r g

r n a x i l m t i j a w o p e n i n i g ( 3 . 6 c m ) . T h e m o v e m i n c i i t p o s s i b i l i t i e st h e s a g i t t a l a n d f r o n i t a l p l a n e s i n t h e e x t e n d e d p a r t o f t he n v e l o p e w e r e s m a l l . T h e o t h e r m a x i l u l I L e x C u r s i o n s w x e r e n oa f l f e c t e d . A d o u b l i n i g o f t h e p a s s i v e e l a s t i c m u s c l e f o r c e s ( F i4 D ) r e d u c e d m a x i m l i u m j a w o p e n i n i g t o 3 . 1 c m . A l s o , m a x i l m l u m Ip r o t r u s i o n , r e t r L i s i o n i , a n d l a t e r o d e v i a t i o n w e r e s l i g h t l y r e d u c et o 7 . 7 , 2 . 6 , a n d I I m i m , r e s p e c t i v e l y . C h a n i g e s i n t h i s p a r a m e t ed i d n o t a f f e c t t h e a m o u n t o f ' t e r i m l i n a l h i n i g e m o v e m i l e n i t .

The c o n d y l a r e x c u r s i o n s w e r e a l m o s t s i m i l a r t o t h o so b t a i n e d w i t h t h e n o r i m i a l m o d e l . T h e r e w a s o n e e x c e p t i o n : Tr e a c h t h e a n t e r i o r b o r d e r w h e l n t h e p a s s i v e m u s c I e t e n s i o l Iw e r e r e d u c e d , t h e a n t e r o - p o s t e r i o r e x c u r s i o n l o f ' t h e i p s i l a t e rc o n d y l e i n c r e a s e d 6 . 6 mm, t o a b o u t 1 9 m m l l ( d a t a n o t s h o x n ) .D I S C U S S I O NB o r d e r M o v e m e n t S i m u l a t i o n sI n t h e p r e s e n t s t u d y . w e w e r e a b l e t o e x p l o r e t h e t h i e ed i m e n s i o n i a l a c t i v e e n v e l o p e o l ' b o r d e r m o v e m i l e n i t . F u r t h e r m o r et h e i n i f l u e n i c e o f t h e t e m p o r o m a n i d i b u l a r l i g a m e n i t s a n d t hp a s s i v e m u s c l e t e n s i o n i s O n t h i s e n v e l o p e c o u l d b e p r e d i c t e dThe a c t i v e e n v e l o p e o f ' b o r d e r m o v e m i l e n i t p r e d i c t e d b y o uu n m o d i f i e d m o d e l ( F i g . 4 A ) d i s p l a y e d f e a t u l - e s s i m i l a r - t o t h o so b t a i n e d e x p e r i m e n t a l l y ( F i g . I ) . T h e v e r t i c a l r a n i g e o l ' t hp r e d i c t e d m o v e m e n t s , h o w e v e r , was s m a l l e r . A p o s s i b le x p l a n a t i o n f o r t h i s f a c t i s a n o v e r e s t i m a t i o n i o f t h e p a s s i vm u s c l e t e n s i o n i s ( L a n g e n b a c i h a n d l l a i n i a i i , 1 9 9 9 ) ( b u t V iby guest on July 10, 2011 For personal use only. No other uses without permission.jdr.sagepub.comDownloaded from
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J a w B o r d e r M o v e m e n t E n v e l o p ei n f r a ) . F u r t h e r m o r e , t h e i n c o r p o r a t e d j a w - o p e n i n g m u s c l e sc o u l d h a v e b e e n r e l a t i v e l y w e a k . T h e i r p r o p e r t i e s w e r ee s t i m a t e d f r o m c a d a v e r i c s p e c i m e n s . A l t h o u g h t h e s e s p e c i m e n sh a d a r e a s o n a b l e d e n t i t i o n , t h e y w e r e r e l a t i v e l y o l d ( v a n E i j d e ne t a l . , 1 9 9 5 ) , a n d i t c a n b e a s s u m e d t h a t t h e i r m u s c l e s t r e n g t hw a s l e s s t h a n t h e a v e r a g e . O n e o f t h e m o s t l i k e l y e x p l a n a t i o n sr e l a t e s t o h e a d m o v e m e n t s d u r i n g j a w o p e n i n g . I t h a s b e e nd e m o n s t r a t e d t h a t t h e u p p e r j a w may m o v e u p t o 50% o f j a wo p e n i n g ( E r i k s s o n e t a l . , 1 9 9 8 ; K o h n o e t a l . , 2 0 0 1 ) , h e r e w i t hs t r e t c h i n g t h e c o n t r a c t e d j a w o p e n e r s t o w a r d t h e i r o p t i m u ml e n g t h s . T h i s m e c h a n i s m p r e s u m a b l y e n a b l e s t h e j a w o p e n e r st o p r o d u c e e n o u g h f o r c e t o c o u n t e r a c t t h e s t r e t c h i n g j a w c l o s e r st o o p e n t h e j a w m u c h f u r t h e r t h a n i n t h e p r e s e n t s i m u l a t i o n s .

D e s p i t e s i m i l a r f e a t u r e s b e t w e e n t h e s i m u l a t e d a n dm e a s u r e d e n v e l o p e s o f b o r d e r m o v e m e n t , t h e r e w e r e a l s od i f f e r e n c e s . T h e d i f f e r e n c e s w e r e n o t l a r g e r t h a n t h o s eo b s e r v e d i n b o r d e r m o v e m e n t s f r o m d i f f e r e n t s u b j e c t s ( B r o w n ,1 9 7 5 ; L e w i n , 1 9 8 5 ; N i s h i g a w a e t a l . , 1 9 9 1 ) . T h e m o r p h o l o g yo f t h e r e l e v a n t s u b j e c t w a s n o t i n c o r p o r a t e d i n t o t h e m o d e l( K o o l s t r a a n d v a n E i j d e n , 1 9 9 2 ) , w h i l e s u c h i s p o s s i b l e o n l y f o rm a c r o s c o p i c f e a t u r e s s u c h a s o v e r a l l m u s c l e d i r e c t i o n a n dc r o s s - s e c t i o n . T h e f i n e m u s c l e a r c h i t e c t u r e i n c o r p o r a t i n gs a r c o m e r e l e n g t h a n d f i b e r l e n g t h , w h i c h a r e a s s u m e d t o p l a y ad o m i n a n t r o l e f o r t h e a c t i v e e n v e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n t ,c a n n o t b e o b t a i n e d i n v i v o w i t h o u t d i s t u r b i n g t h e i n t e g r i t y o ft h e m u s c l e t i s s u e .T h e e n d p o i n t s o f t h e b o r d e r m o v e m e n t s w e r e n o t d i s t r i b u t e dr e g u l a r l y o v e r t h e s i m u l a t e d e n v e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n t ( F i g .3 ) , a l t h o u g h a 5 x 5 mm g r i d w a s a p p l i e d f o r t h e p u t a t i v ed e s t i n a t i o n s . T h i s i s a c o n s e q u e n c e o f t h e a p p l i e d p r o c e d u r e f o rg e n e r a t i n g m u s c l e r e c r u i t m e n t p a t t e r n s ( K o o l s t r a a n d v a nE i j d e n , 2 0 0 1 ) , w h i c h a t t e m p t e d t o m o v e t h e i n c i s o r s a c r o s s , b u tn o t a l o n g , t h e b o r d e r t o g e t c l o s e r t o a p u t a t i v e d e s t i n a t i o n .I n f l u e n c e o f T e m p o r o m a n d i b u l a r L i g a m e n t sT h e e n v e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n t i s d e t e r m i n e d b y b o t h t h ep o s s i b i l i t i e s o f t h e m a s t i c a t o r y m u s c l e s t o move t h e m a n d i b l ea n d t h e c o n s t r a i n t s t h a t a r e e n f o r c e d b y t h e p a s s i v e s t r u c t u r e ss u c h a s j o i n t s u r f a c e s , l i g a m e n t s , a n d p a s s i v e m u s c l e t e n s i o n s .T h e i n f l u e n c e o f t h e j o i n t s u r f a c e s w a s n o t e x a m i n e d s e p a r a t e l yi n t h e p r e s e n t s t u d y , w h i l e c h a n g e s w i t h i n m o r e o r l e s s n a t u r a ll i m i t s ( a f e w mm) w e r e e x p e c t e d t o a l t e r t h e e n v e l o p e o f b o r d e rm o v e m e n t o n l y s l i g h t l y . F u r t h e r m o r e , t h e s h a p e s o f t h e j o i n t sa r e n o t d e f i n e d b y a l i m i t e d n u m b e r o f p a r a m e t e r s w h i c h c a n b ea d a p t e d t o d e t e r m i n e a n u n a m b i g u o u s r e l a t i o n s h i p b e t w e e nb o r d e r m o v e m e n t e n v e l o p e a n d j o i n t s h a p e . F i n a l l y , t h e c o n t a c ta r e a o f t h e j o i n t i s p r e s u m a b l y b o u n d e d b y t h e a r t i c u l a r c a p s u l er a t h e r t h a n b y i t s s h a p e .

T h e s u r r o u n d i n g s o f t s t r u c t u r e s , s u c h a s s k i n a n d g l a n d s ,a l s o m ay l i m i t c o n d y l a r e x c u r s i o n s . T h e s e w ere n o ti m p l e m e n t e d i n t h e m o d e l . T h e r e f o r e , t h e m a n d i b u l a r c o n d y l ew a s a b l e t o move f a r b e y o n d i t s n o r m a l movement a r e a , a n dt h e r e s u l t i n g e n v e l o p e was i n t h e m e d i o - l a t e r a l a n d a n t e r o -p o s t e r i o r d i r e c t i o n , l i m i t e d o n l y b y t h e p a s s i v e t e n s i o n s o f t h em u s c l e s a n d t h e i r p o s s i b i l i t i e s f o r f o r c e g e n e r a t i o n .I n f l u e n c e o f P a s s i v e M u s c l e T e n s i o n sT h e p a s s i v e m u s c l e t e n s i o n s i n f l u e n c e d p r i m a r i l y t h e v e r t i c a ld i m e n s i o n o f t h e e n v e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n t . T h i s was mostc l e a r l y s e e n b y t h e r e d u c t i o n o r e n l a r g e m e n t o f t h e i n f e r i o r m o s tp a r t o f t h e e n v e l o p e , w h e r e t h e t r a n s v e r s e c r o s s - s e c t i o n a l a r e a

o f t h e e n v e l o p e , h o w e v e r , w a s m u c h s m a l l e r t h a n g e n e r a l l ya s s u m e d . By p o s t u l a t i o n o f o p t i m u m l e n g t h o r 1 5 0 % o p t i m u ml e n g t h f o r a l l m u s c l e s a t a j a w o p e n i n g o f 1 2 mm o r 5 0 mm,r e s p e c t i v e l y , w i d e - o p e n j a w p o s i t i o n s c o u l d b e s i m u l a t e d( L a n g e n b a c h a n d H a n n a m , 1 9 9 9 ; P e c k e t a l . , 2 0 0 0 ) . H o w e v e r ,h u m a n m a s t i c a t o r y m u s c l e s d o n o t r e a c h o p t i m u m s a r c o m e r el e n g t h s i m u l t a n e o u s l y ( K o o l s t r a a n d v a n E i j d e n , 1 9 9 7 a ) . T h em o d e l a p p l i e d o p t i m u m s a r c o m e r e l e n g t h o b t a i n e d f r o m r e l a t e da n i m a l m a s t i c a t o r y m u s c l e s ( M u h l e t a l . , 1 9 7 8 ) , w h i l e t h i sp a r a m e t e r h a s n o t b e e n e x p e r i m e n t a l l y e s t a b l i s h e d i n h u m a n s .W e w e r e r e l u c t a n t t o a d a p t o p t i m u m s a r c o m e r e l e n g t h , w i t h o u ta p h y s i o l o g i c a l o r e x p e r i m e n t a l b a s i s , o n l y t o r e a c h a l a r g e r j a wo p e n i n g . A t t h e p r e s e n t maximum a m o u n t o f j a w o p e n i n g , t h ej a w c l o s e r s a p p a r e n t l y d o n o t b e c o m e s t r e t c h e d b e y o n d t h el e n g t h w h e r e t h e i r p a s s i v e f o r c e s b e c o m e d o m i n a n t .I n t h e p r e s e n t s t u d y , t h e i n f l u e n c e o f a c t i v e m u s c l e f o r c e so n t h e a c t i v e e n v e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n t w a s n o t e x a m i n e ds e p a r a t e l y . S i n c e t h e s i m u l a t e d e n v e l o p e w a s n o t l a r g e r t h a nt h e m e a s u r e d o n e , i t i s u n l i k e l y t h a t t h e maximum e x c u r s i o n so f t h e l o w e r j a w a r e l i m i t e d a c t i v e l y b y m u s c l e r e f l e x e s( P o s s e l t , 1 9 6 2 ; L a u e r , 1 9 8 5 ) .

T h e d i f f e r e n c e s i n t h e a c t i v e e n v e l o p e o f b o r d e r m o v e m e n tp r e d i c t e d b y t h e m o d e l s w i t h a n d w i t h o u t t h e p r e s e n c e o f t h et e m p o r o m a n d i b u l a r l i g a m e n t s u g g e s t t h a t t h e a r t i c u l a r c a p s u l ei s l o a d e d d u r i n g e x t r e m e l a t e r o d e v i a t i o n , p r o t r u s i o n , o rr e t r u s i o n . E x t r e m e w i d e j a w o p e n i n g w i t h o u t h e a d m o v e m e n tp r e s u m a b l y d o e s n o t l o a d t h e s e c a p s u l e s . T h e d i f f e r e n c eb e t w e e n t h e m o d e l p r e d i c t i o n s a s a f u n c t i o n o f th ei m p l e m e n t e d a m o u n t o f p a s s i v e m u s c l e t e n s i o n s s u g g e s t s t h a ti f t h e p o s i t i o n o f t h e h y o i d b o n e w i t h r e s p e c t t o t h e s k u l lr e m a i n s s t a t i o n a r y , t h e j a w m u s c l e s a r e n o t s t r e t c h e d t o t h ep o i n t w h e r e t h e i r p a s s i v e f o r c e s b e c o m e t h e d o m i n a n t l i m i t i n gf a c t o r f o r m o v e m e n t p o s s i b i l i t i e s . T h e m e c h a n i s m t h a t r e n d e r st h e m u s c l e s i n s u f f i c i e n t f o r f o r c e p r o d u c t i o n i s s u g g e s t e d t o b et h e d o m i n a n t f a c t o r f o r v e r t i c a l m o v e m e n t l i m i t a t i o n s .A C K N O W L E D G M E N T SWe g r a t e f u l l y t h a n k A c a d e m i c C o m p u t i n g S e r v i c e s A m s t e r d a m( S A R A ) f o r t e c h n i c a l s u p p o r t . T h i s r e s e a r c h w a s i n s t i t u t i o n a l l ys u p p o r t e d b y t h e I n t e r u n i v e r s i t y R e s e a r c h S c h o o l o f D e n t i s t r y ,t h r o u g h t h e A c a d e m i c C e n t r e o f D e n t i s t r y A m s t e r d a m .R E F E R E N C E S AQB r o w n T ( 1 9 7 5 ) . M a n d i b u l a r m o v e m e n t s . M o n o g r O r a l S c i 4 : 1 2 6 - 1 5 0 .E r i k s s o n P O , Z a f a r H , N o r d h E ( 1 9 9 8 ) . C o n c o m i t a n t m a n d i b u l a r a n d

h e a d - n e c k m o v e m e n t s d u r i n g j a w o p e n i n g - c l o s i n g i n m a n . J O r a lR e h a b i l 2 5 : 8 5 9 - 8 7 0 .H e n e r s M ( 1 9 7 7 ) . E l e k t r o n i s c h e U n t e r s u c h u n g e n z u r d r e i d i m e n s i o n a l e nB e w e g u n g d e s U n t e r k i e f e r s . D t s c h Z a h n d r z t l Z 3 2 : 1 0 4 - 1 0 7 .

K o h n o S , M a t s u y a m a T , M e d i n a R U , A r a i Y ( 2 0 0 1 ) . F u n c t i o n a l -r h y t h m i c a l c o u p l i n g o f h e a d a n d m a n d i b u l a r m o v e m e n t s . J O r a lR e h a b i l 2 8 : 1 6 1 - 1 6 7 .K o o l s t r a J H , v a n E i j d e n TMGJ ( 1 9 9 2 ) . A p p l i c a t i o n a n d v a l i d a t i o n o f at h r e e - d i m e n s i o n a l m a t h e m a t i c a l m o d e l o f t h e h u m a n m a s t i c a t o r ys y s t e m i n v i v o . J B i o m e c h 2 5 : 1 7 5 - 1 8 7 .K o o l s t r a J H , v a n E i j d e n TMGJ ( 1 9 9 5 ) . B i o m e c h a n i c a l a n a l y s i s o f j a wc l o s i n g m o v e m e n t s . J D e n t R e s 7 4 : 1 5 6 4 - 1 5 7 0 .

K o o l s t r a J H , v a n E i j d e n T M G J ( 1 9 9 6 ) . I n f l u e n c e o f t h e d y n a m i c a lp r o p e r t i e s o f t h e human m a s t i c a t o r y m u s c l e s on j a w c l o s i n gb e c a m e v e r y s m a l l . T h e i n f l u e n c e o n t h e maximum o p e n p a r t

J D e n t R e s 8 0 ( 1 0 ) 2 0 0 1 1 9 1 1

movements. E u r J M o r p h o l 3 4 : 1 1 - 1 8 .by guest on July 10, 2011 For personal use only. No other uses without permission.jdr.sagepub.comDownloaded from


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1 9 1 2 K o o l s t r a e t a l .K o o l s t r a J H , v a n E i j d e n TMGJ ( 1 9 9 7 a ) . D y n a m i c s o f t h e h u m a n m a s -t i c a t o r y m u s c l e s d u r i n g a j a w o p e n - c l o s e m o v e m e n t . J B i o m e c h3 0 : 8 8 3 - 8 8 9 .K o o l s t r a J H , v a n E i j d e n TMGJ ( 1 9 9 7 b ) . T h e j a w o p e n - c l o s e m o v e -

m e n t s p r e d i c t e d b y b i o m e c h a n i c a l m o d e l l i n g . J B i o m e c h 3 0 : 9 4 3 -9 5 0 .K o o l s t r a J H , v a n E i j d e n TMGJ ( 1 9 9 9 ) . T h r e e - d i m e n s i o n a l d y n a m i c a lc a p a b i l i t i e s o f t h e human m a st i ca t o r y m u sc l e s . J B i o m e c h3 2 : 1 4 5 - 1 5 2 .K o o l s t r a J H , v a n E i j d e n TMGJ ( 2 0 0 1 ) . A m e t h o d t o p r e d i c t m u s c l ec o n t r o l i n t h e k i n e m a t i c a l l y a n d d y n a m i c a l l y i n d e t e r m i n a t e h u m a nm a s t i c a t o r y s y s t e m . J B i o m e c h 3 4 : 1 1 7 9 - 1 1 8 8 .L a n g e n b a c h G E J , Hannam AG ( 1 9 9 9 ) . T h e r o l e o f p a s s i v e m u s c l et e n s i o n s i n a t h r e e - d i m e n s i o n a l d y n a m i c m o d e l o f t h e h u m a n j a w .

A r c h O r a l B i o l 4 4 : 5 5 7 - 5 7 3 .L a u e r H C ( 1 9 8 5 ) . U b e r d i e A b h a n g i g k e i t d e r U n t e r k i e f e r g r e n z b e w e g u n g

v o n d e r O k k l u s i o n s h o h e . D t s c h Z a h n d r z t l Z 4 0 : 1 0 1 6 - 1 0 1 9 .L e w i n A ( 1 9 8 5 ) . E l e c t r o g n a t h o g r a p h i c s . A t l a s o f d i a g n o s t i c p r o c e d u r e s

a n d i n t e r p r e t a t i o n . C h i c a g o : Q u i n t e s s e n c e P u b l i s h i n g C o . , I n c .M u h l Z F , Grimm A F , G l i c k PL ( 1 9 7 8 ) . P h y s i o l o g i c a n d h i s t o l o g i c

m e a s u r e m e n t s o f t h e r a b b i t d i g a s t r i c m u s c l e . A r c h O r a l B i o l2 3 : 1 0 5 1 - 1 0 5 9 .N a e i j e M , v a n d e r W e i j d e n J J , M e g e n s CCEJ ( 1 9 9 5 ) . O K A S - 3 D : o p t o -

J D e n t R e s 8 0 ( 1 0 ) 2 0 0 1e l e c t r o n i c movement r e c o r d i n g s y s t e m w i t h s i x d e g r e e s o ff r e e d o m . Med B i o l E n g C o m p u t 3 3 : 6 8 3 - 6 8 8 .

N i s h i g a w a K , N a k a n o M , B a n d o E , C l a r k GT ( 1 9 9 1 ) . T h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n l a t e r a l b o r d e r m o v e m e n t s o f t h e m a n d i b l e a n d t h e d e t e r -m i n a n t s o f o c c l u s i o n . J P r o s t h e t D e n t 6 6 : 4 8 6 - 4 9 2 .

P e c k C C , L a n g e n b a c h G E J , H a n n a m AG ( 2 0 0 0 ) . D y n a m i c s i m u l a t i o no f m u sc l e a n d a r t i c u l a r p r o p e r t i e s d u r i n g h u m a n w i d e j a w o p e n -i n g . A r c h O r a l B i o l 4 5 : 9 6 3 - 9 8 2 .P o s s e l t U ( 1 9 5 2 ) . S t u d i e s i n t h e m o b i l i t y o f t h e h u m a n m a n d i b l e . A c t aO d o n t o l S c a n d 1 0 ( S u p p l 1 0 ) : 1 9 - 1 6 0 .P o s s e l t U ( 1 9 6 2 ) . P h y s i o l o g y o f o c c l u s i o n a n d r e h a b i l i t a t i o n . O x f o r d :B l a c k w e l l S c i e n t i f i c P u b l i c a t i o n s .

v a n E i j d e n T M G J , K o o l s t r a J H , B r u g m a n P ( 1 9 9 5 ) . A r c h i t e c t u r e o f t h eh u m a n p t e r y g o i d m u s c l e s . J D e n t R e s 7 4 : 1 4 8 9 - 1 4 9 5 .

v a n E i j d e n T M G J , K o o l s t r a J H , B r u g m a n P ( 1 9 9 6 ) . T h r e e - d i m e n s i o n a ls t r u c t u r e o f t h e h u m a n t e m p o r a l i s m u s c l e . A n a t R e c 2 4 6 : 5 6 5 - 5 7 2 .v a n E i j d e n T M G J , K o r f a g e J A M , B r u g m a n P ( 1 9 9 7 ) . A r c h i t e c t u r e o ft h e human j a w - c l o s i n g a n d j a w - o p e n i n g m u s c l e s . A n a t R e c2 4 8 : 4 6 4 - 4 7 4 .v a n R u i j v e n L J , W e i j s WA ( 1 9 9 0 ) . A n e w m o d e l f o r c a l c u l a t i n g m u s c l ef o r c e s f r o m e l e c t r o m y o g r a m s . E u r J A p p l P h y s i o l 6 1 : 4 7 9 - 4 8 5 .W i n t e r s J M , S t a r k L ( 1 9 8 7 ) . M u s c l e m o d e l s : w h a t i s g a i n e d a n d w h a t

i s l o s t b y v a r y i n g m o d e l c o m p l e x i t y . B i o l C y b e r n 5 5 : 4 0 3 - 4 2 0 .


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j Dent Res 2001 Koolstra 1908 12