Stone 2018｜人舌肌肉解剖的结构与变异性
Structure and variability in human tongue muscle anatomy
Stone M, Woo J, Lee J, Poole T, Seagraves A, Chung M, Kim E, Murano EZ, Prince JL, Blemker SS.
Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering: Imaging & Visualization, 2018;6(5):499–507.
doi:10.1080/21681163.2016.1162752 ｜ PMC 归档：2018-08-20
资助：美国国立癌症研究所 R01CA133015
注意：本文包含AI生成内容。
0. 总结
（作者自称）这是首次用高分辨率三维磁共振对活体人舌 10 块肌肉做体积定量的研究：舌肌体积在各受试者间按比例高度一致（相关系数约 0.90–0.96），体积由体重而非年龄或性别决定；四块大肌（颏舌肌、横肌、垂直肌、上纵肌）服务约 70% 舌体积并覆盖三个运动方向；首次量化了"交织"程度，并提出全舌无任何区域存在三向交织这一结构性约束。
1. 研究问题
舌是典型的肌肉水压器——无骨、无关节、无含气腔，靠局部变形保持体积。其纤维三向正交且广泛交织，导致：
- 尸体解剖几乎不可能完整游离单块舌肌（不像肢体肌）；
- 因此"舌肌体积与比例"长期只有示意图与照片，从未被体积学量化；
- 舌的生物力学模型只能靠"估计"的肌肉尺寸、位置、形状，必须假设某块肌占舌的百分比。
作者要回答三个问题：
- 受试者间的解剖变异性有多大？
- 功能肌群（拮抗肌、外在/内在）的比例关系如何？
- 交织的程度与意义？
2. 方法简述
- 受试者与影像：14 名健康成人（8 女 / 6 男，22–59 岁），3.0 特斯拉磁共振，仰卧静息位，各采集矢状、冠状、轴位三组层厚较大的堆栈（层内 0.94 mm × 0.94 mm，层厚 3 mm）——层厚各向异性是为缩短扫描时间、避免受试者长时间不吞咽。
- 超分辨融合：将三组正交堆栈配准、强度匹配后，用保边马尔可夫随机场优化融合为单一等体素高分辨体积。
- 图谱配准与分割：由 20 例数据构建三维解剖图谱（微分同胚群组配准），研究者手工提取各肌掩膜；图谱再可变形配准到每位受试者，并在 ITK-SNAP 中人工精修（每块肌肉全程由同一人修、他人抽查），最后回看原始堆栈校正。
- 分割范围：舌内在肌 4 块、外在肌 3 块（腭舌肌未纳入，见局限）、口底肌 3 块，共 10 块；舌扁桃体与唾液腺已分割但不纳入分析。
- 两套体积算法（本文方法学“核心”）：
- 功能体积＝该肌标记的全部体素之和，代表"这块肌所服务的舌区域"，即它控制多少舌组织；
- 结构体积＝与他肌交织区域的体素体积减半，更接近真实肌肉体积与肌力；
- 不减除脂肪、结缔组织、神经、血管（它们遍布全舌）；前提假设是体素内只有 1 或 2 个正交纤维方向，绝无 3 个，故"减半"只是上限式的粗略估计。
- 统计：均值±标准差描述比例；方差分析比较性别效应；皮尔逊相关分析舌体积与年龄、体重。
10 块肌肉与命名对照
| 类别 | 中文名 | 英文全名 |
|---|---|---|
| 内在肌 | 上纵肌 | superior longitudinal |
| 内在肌 | 下纵肌 | inferior longitudinal |
| 内在肌 | 垂直肌 | verticalis |
| 内在肌 | 横肌 | transversus |
| 外在肌 | 颏舌肌 | genioglossus |
| 外在肌 | 茎突舌肌 | styloglossus |
| 外在肌 | 舌骨舌肌 | hyoglossus |
| 口底肌 | 下颌舌骨肌 | mylohyoid |
| 口底肌 | 颏舌骨肌 | geniohyoid |
| 口底肌 | 二腹肌前腹 | anterior belly of digastric |
3. 结果
3.1 肌肉体积与排序（Table 2）
| 肌肉 | 交织比例 %（标准差） | 功能体积 mm³ | 功能占比 % | 结构体积 mm³ | 结构占比 % |
|---|---|---|---|---|---|
| 颏舌肌 | 63.4（4.3） | 30,966 ± 6,847 | 22.1 | 21,079 ± 4,393 | 22.6 |
| 横肌 | 100 | 26,045 ± 5,774 | 18.5 | 13,023 ± 2,887 | 14.0 |
| 垂直肌 | 100 | 22,659 ± 4,148 | 16.1 | 11,329 ± 2,074 | 12.2 |
| 上纵肌 | 100 | 18,556 ± 3,429 | 13.2 | 9,278 ± 1,714 | 10.0 |
| 舌骨舌肌 | 19.7（1.1） | 9,990 ± 1,818 | 7.1 | 9,008 ± 1,648 | 9.7 |
| 下颌舌骨肌 | 0 | 8,221 ± 1,875 | 5.9 | 8,221 ± 1,875 | 8.8 |
| 颏舌骨肌 | 0 | 7,861 ± 1,799 | 5.6 | 7,861 ± 1,799 | 8.4 |
| 下纵肌 | 45.7（11） | 7,459 ± 1,295 | 5.3 | 5,766 ± 1,153 | 6.2 |
| 二腹肌前腹 | 0 | 4,380 ± 1,130 | 3.2 | 4,380 ± 1,130 | 4.7 |
| 茎突舌肌 | 47.3（3.0） | 4,147 ± 665 | 3.0 | 3,167 ± 501 | 3.4 |
| 合计 | — | 140,284 | 100 | 93,113 | 100 |
要点：
- 颏舌肌是最大的肌，两种算法都超过 20%；横肌第二（18.5% / 14.0%）。
- 功能体积下存在四块"大肌"（颏舌肌、横肌、垂直肌、上纵肌），它们服务近 70% 的舌体积，且恰好覆盖舌可用的三个运动方向的压缩与膨胀 → 作者称其为舌的"主力肌"：以最小代价移动最多组织。
- 结构体积下则呈近乎线性的尺寸连续谱（不再是"四大加一小堆"）。
- 所有肌肉标准差约 20%，反映跨受试者缩放的高度一致性。
3.2 跨受试者比例的一致性（Table 3）
各肌体积与合计舌（含口底）体积的皮尔逊相关系数：
| 肌肉 | 功能 r | 结构 r | 与体重 r（功能） |
|---|---|---|---|
| 颏舌肌 | 0.96 | 0.93 | 0.73（p=0.004） |
| 横肌 | 0.95 | 0.93 | 0.71（p=0.007） |
| 茎突舌肌 | 0.93 | 0.94 | 0.69（p=0.009） |
| 上纵肌 | 0.93 | 0.92 | 0.51（p=0.073） |
| 垂直肌 | 0.90 | 0.88 | 0.51（p=0.077） |
| 舌骨舌肌 | 0.90 | 0.90 | 0.62（p=0.024） |
| 颏舌骨肌 | 0.86 | 0.88 | 0.70（p=0.008） |
| 下颌舌骨肌 | 0.75 | 0.79 | 0.35（不显著） |
| 二腹肌前腹 | 0.73 | 0.72 | 0.43（不显著） |
| 下纵肌 | 0.63 | 0.74 | 0.38（不显著） |
实用推论：只要测少数几块大肌（如颏舌肌、横肌），即可预测其余肌肉与整体比例；测得的肌肉比例可直接移植到新受试者的模型中，模型不必再假设"某肌占舌百分比"。
3.3 年龄、性别、体重（Table 1）
| 女（n=8） | 男（n=6） | |
|---|---|---|
| 年龄 | 35 ± 13 | 33 ± 12 |
| 体重（磅） | 165 ± 31 | 180 ± 44 |
| 功能合计体积 mm³ | 128,480 ± 23,491 | 162,012 ± 25,458 |
| 结构合计体积 mm³ | 85,856 ± 14,133 | 102,789 ± 15,891 |
| 舌体积/体重（mm³/磅） | 784 ± 90 | 924 ± 181 |
- 性别：男性舌略大，但仅为趋势（结构 F=4.433，p=0.057）；控制体重后消失（结构 F=1.378，p=0.263；功能 F=1.172，p=0.30）→ 男舌大是因为男人重，不是因为是男人。
- 年龄：与合计舌体积无相关（结构 r=0.025，p=0.933；功能 r=0.016，p=0.956）。作者的解释很关键：本研究测的是"肌肉所覆盖的舌区域体积"，不是肌纤维横截面积；即使结构测量也无法判断其中有百分之几被脂肪替代——因此"无相关"不等于"无萎缩"，很可能只是本方法测不到。
- 体重：与舌体积明确正相关（功能 r=0.674，p=0.008；结构 r=0.67，p=0.009）→ 体重可用于估算舌体积（对阻塞性睡眠呼吸暂停等临床问题有意义）。
3.4 三套分组（Table 4 功能 / Table 5 结构）
（A）按起点解剖位置
| 组 | 成员 | 功能占比 % | 结构占比 % |
|---|---|---|---|
| 内在肌 | 上纵肌、下纵肌、垂直肌、横肌 | 53.2 | 42.4 |
| 外在肌 | 颏舌肌、舌骨舌肌、茎突舌肌 | 30.9 | 35.7 |
| 口底肌 | 下颌舌骨肌、颏舌骨肌、二腹肌前腹 | 15.9 | 21.9 |
（B）前伸 / 后缩（口底肌不参与；56.7+27.3+15.9≈100）
| 组 | 成员 | 功能占比 % | 结构占比 % |
|---|---|---|---|
| 前伸 | 颏舌肌、垂直肌、横肌 | 56.7 | 48.8 |
| 后缩 | 上纵肌、下纵肌、茎突舌肌、舌骨舌肌 | 27.3 | 29.3 |
含颏舌肌时前伸/后缩 = 2.1 : 1（功能）、1.7 : 1（结构）；不含颏舌肌时降为 1.3 : 1。作者自认两套并列是因为无法从静态解剖判断颏舌肌的二分归属（前部颏舌肌实际降低舌尖，行为更像后缩肌）：含它高估、不含它低估其前伸作用。
（C）上抬 / 下压
| 组 | 成员 | 功能占比 % | 结构占比 % |
|---|---|---|---|
| 上抬 | 上纵肌、茎突舌肌、横肌、下颌舌骨肌、颏舌骨肌、二腹肌前腹、颏舌肌 | 72.7 | 70.2 |
| 下压 | 下纵肌、舌骨舌肌、垂直肌（功能表另计颏舌肌） | 49.4 | 28.1 |
作者结论：仅就舌及口底肌而言，用于上抬的体积多于下压；去除颏舌肌后，上抬组结构体积更大，但功能体积与下压组相当。同时明确声明："舌的上抬与下降很大程度上由下颌完成，而下颌肌未纳入本研究。"
3.5 三层交织结构（本文首次量化）
| 层级 | 肌肉 | 交织情况 |
|---|---|---|
| 口底肌 | 二腹肌前腹、下颌舌骨肌、颏舌骨肌 | 0%，完全成束 |
| 外在肌 | 茎突舌肌 47.3%、舌骨舌肌 19.7%、颏舌肌 63.4% | 起点处成束，入舌后开始交织 |
| 内在肌 | 横肌 100%、垂直肌 100%、上纵肌 100% | 完全交织 |
| 例外 | 下纵肌 | 前部成束（被中隔包绕），后部与横肌交织 45.7% |
核心观察：全舌没有任何区域存在三个方向的交织——只有两向。例如颏舌肌的垂直纤维与垂直肌在极薄板层内交织，同时也与上纵肌的纵向纤维在上方交织，但横肌的纤维在到达上纵肌之前就终止了，从而"避免"了三向正交。
作者对此的机制解释——交织的代价：
- 两块正交肌难以独立支配（甚至可能互为拮抗）；
- 纤维方向越多，组织越难弯曲；
- 肌肉缩短时正交纤维相互滑动产生摩擦与热（舌内大量的脂肪与结缔组织网格正是为此减摩）；
- 若三向同时激活，在体积守恒约束下将没有任何方向可以膨胀；
- 排布越紧密，缩短时越难侧向膨胀，越易压迫血管。
→ 结论：两向正交是舌运动需求与"多纤维方向之弊端"之间的最优折中。
4. 讨论中的关键论点
4.1 否定"外在肌移动、内在肌塑形"的经典二分
Perkell（1969）、Hardcastle（1976）的旧观点曾看似合理：其他结构（如手）用外在肌出力、内在肌做精细动作；且早期理论来自 X 光电影——X 光是穿透投影，把三维舌压成二维图像，无法显示中线处的丰富形变。超声（1980 年代）与磁共振（1990 年代）之后认识已改变；Mu 与 Sanders（2010）的精细解剖与神经支配研究也不支持沿内在/外在划分粗细控制。
本文给予的两点反驳：
- 外在肌入舌后广泛交织、止点分散于全舌、神经支配密集 → 精细局部控制能力远超"粗定位"所需；
- 外在肌占舌质量的比例小于内在肌（30.9% vs 53.2%）。
替代解释（生物力学优势）：外在肌起于刚性骨 → 激活只使止点端移动，响应直接，无需额外共激活；内在肌常需另一块肌先僵硬化某区域（如弯曲时）或提供"平台"（如弹舌时）才能有效发力。
4.2 神经支配与功能并非紧密绑定
只有前伸/后缩在神经解剖上有对应（舌下神经核腹侧与背侧、舌下神经内支与外支），这与两组肌的拮抗行为一致。但这种分区是胚胎学来源，非功能重要性：婴儿吸吮即用舌推，成人即使最简单的言语动作也依赖共激活（MacNeilage & Sholes 1964；Miyawaki 1975；Baer 1988）→ 肌肉的神经支配与肌肉功能并不紧密对应。
另注：舌内至少 8,000 个运动单位，各肌有多个局部支配点 → 舌各肌都具备独立控制局部运动的能力。
4.3 颏舌肌为何最重要
结构体积下颏舌肌最大、最"无所不在"，理由：
- 覆盖舌的最大比例，尤其是中线——言语时声道最关键的部位；
- 局部收缩可僵硬化该区、辅助局部运动；整体激活可增加刚性、提高言语速度；
- 非言语功能关键：吞咽时推动食团、吸气时维持气道开放；
- 大鼠与犬的证据显示颏舌肌分两个亚部（后部水平纤维受舌下神经核腹侧外侧亚核支配，放射状纤维受中央亚核支配），提示其内部功能可分。
4.4 两种体积算法的取舍
- 相似处：尺寸排序相同；单肌体积与合计体积的相关性也相似（功能数据更强）。
- 差异处：结构算法对交织肌的缩减不一致 → 出现"肌肉相对大小"与"所服务区域大小"的分离。
- 功能算法可能高估交织肌的"力量"。
- 建议：视研究目的选择——要"该肌控制多少舌"，用功能；要"真实体积与肌力"，用结构。
5. 与解剖学分组的异同
成员名单层面高度一致；功能含义与部分子分组存在实质偏离，且文章内部的归类并不自洽。
5.1 一致之处
| 项 | 说明 |
|---|---|
| 内在/外在成员归属 | 上纵肌、下纵肌、垂直肌、横肌为内在肌；颏舌肌、舌骨舌肌、茎突舌肌为外在肌，完全符合标准解剖 |
| 体积大小关系 | 内在肌大于外在肌（53% vs 31%），与"舌体主要由内在肌构成"一致 |
| 口底肌独立成组 | 未硬塞进"舌肌"，术语上比许多文献更诚实（下颌舌骨肌、颏舌骨肌、二腹肌前腹严格属舌骨上肌群） |
| 交织的分层描述 | 与 Abd-el-Malek（1939）、Miyawaki（1974）、Takemoto（2001）的解剖描述一致 |
| 引用结构单位 | 采纳 Takemoto 的"颏舌肌+垂直肌+横肌"结构单位，再加一块上纵肌构成功能单位 |
5.2 偏离与问题
- 外在肌缺一块：标准解剖 4 块外在肌（颏舌肌、舌骨舌肌、茎突舌肌、腭舌肌），本文只测 3 块。理由：影像上看不到腭舌肌的舌内止点（解剖上也难以找到）。→ "外在肌 30.9%"为系统性低估。
- 口底肌被并入"舌肌体积"：Table 2 的合计体积（功能 140,284 / 结构 93,113 mm³）实为**"舌+口底"复合体**；作者自承合计体积"接近真实舌的两倍"。因此各肌"占全舌百分比"严格说是占"舌+口底"的百分比；"舌体积/体重"一行同理。
- 测量截断污染组内比例：
- 茎突舌肌丢失起点，长度低估约 20%；
- 舌骨舌肌入舌后的前走纤维无法与茎突舌肌区分，侧纵纤维全部归入茎突舌肌；
- 垂直肌在舌后部只取表面纤维（依据 Miyawaki 1974、Takemoto 2001 的解剖观察）。
→ 外在肌组内部比例亦非纯解剖学。
- 前伸/后缩组是功能分组而非解剖分组，且作者自认颏舌肌无法二分，只能并列两套数字；表中颏舌肌同时被计入"前伸"（22.1%）与"后缩"（9.5%）。
- 上抬/下压组问题：
- 横肌被划入上抬组、垂直肌被划入下压组，但文中反复论证这两块肌是 100% 完全交织的配对，并引 Takemoto 将颏舌肌、垂直肌、横肌视为同一结构单位；从力学上横肌收缩使舌变窄变长、垂直肌使舌变扁变宽，把这对"结构单位"拆到相反功能组，与本文自身的结构论述相矛盾。
- 作者已承认舌的上抬与下降主要由下颌完成，而下颌肌未纳入 → 该组只能视为静态解剖的粗略代理。
- 表内数字不自洽：功能性下压组含颏舌肌得 49.4%（=27.3+22.1），结构性下压组却不含颏舌肌得 28.1%；结构上抬组各肌加总为 71.9 而表内合计记为 70.2（差 1.7）。→ 该归类属探索性、未严格配平。
- 方法部分承诺的"主动肌 vs 拮抗肌"分组实际未单独报告，仅由前伸/后缩间接覆盖。
5.3 怎样看待这些分组
- 解剖学分组（内在/外在）被保留，但被"降格"为描述性标签：作者明确否定其经典功能解释，转而解释为生物力学优势不同（刚性骨起点 → 直接响应；内在肌 → 需共激活提供刚性平台），而非任务分工。
- 功能分组（前伸/后缩、上抬/下压）是本文自创的、证据较弱且内部不一致的归类。引用时：
- 可直接引用：内在/外在/口底三组的体积比例、各肌绝对与相对体积、交织分层与两向正交结论、体重相关性。
- 引用需谨慎：前伸/后缩比例（必须注明含或不含颏舌肌）、上抬/下压比例（横肌与垂直肌分家、颏舌肌双重计入，不宜直接采信）。
6. 局限清单（引用时务必注意）
- 样本 14 例，单中心，年龄 22–59，横断面。
- 静态仰卧静息位——无言语、无吞咽、无直立位数据；姿势本身可能改变舌形。
- 体素约 2 × 2 × 2 mm → 无法估计纤维尺寸与密度、无法区分脂肪与肌肉，"交织区减半"是 50/50 的粗糙假设。
- 腭舌肌未分割；茎突舌肌截断（长度低估约 20%）；舌骨舌肌入舌纤维并入茎突舌肌；垂直肌后部仅表面纤维。
- 合计体积为"舌+口底"，非真实舌体积。
- 未测肌纤维长度、羽状角、生理横截面积 → 体积不等于力量；作者亦未做力量或肌电验证。
- 年龄与体积无相关很可能源于方法学盲区（测不到脂肪替代），不能据此认为老年人舌肌无萎缩。
- 分组设计为事后归类，未做多重比较校正；部分表内合计与分项不符（见 5.2 第 5 条）。
7. 可直接复用的关键数据速查
- 合计（舌+口底）体积：功能 140,284 mm³；结构 93,113 mm³（14 例均值）。
- 颏舌肌占 22.1%（功能）/ 22.6%（结构）；横肌 18.5 / 14.0；垂直肌 16.1 / 12.2；上纵肌 13.2 / 10.0。
- 四大肌服务约 70% 舌体积，覆盖三向压缩与膨胀。
- 交织度：口底肌 0%；茎突舌肌 47.3%、舌骨舌肌 19.7%、颏舌肌 63.4%；上纵肌、垂直肌、横肌 100%；下纵肌 45.7%。
- 全舌无三向交织区域（仅两向正交）。
- 组比例：内在肌 53.2/42.4、外在肌 30.9/35.7、口底肌 15.9/21.9（功能/结构 %）。
- 单肌与舌体积相关系数 0.90–0.96（横肌、颏舌肌、上纵肌、茎突舌肌、垂直肌、舌骨舌肌）→ 可用于肌少测量外推。
- 体重 → 舌体积 r ≈ 0.67（p<0.01）；年龄无相关；性别无独立效应。
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