JP5150892B2 - 硬組織の評価方法 - Google Patents
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Description
Microscope-Electron Backscattering Pattern)法による各結晶粒の電子後方散乱像の解析によるもの、TEM-DP(Transmission Electron
Microscope-Diffraction Pattern)法による電子線回折図形の解析によるものからなる群から選択される少なくとも1種により分析することを特徴とする。
かつ迅速な硬組織の評価を行なうことができるという有利な効果を奏する。
Microscope-Electron Backscattering Pattern)法による各結晶粒の電子後方散乱像の解析によるもの、TEM-DP(Transmission Electron
Microscope-Diffraction Pattern)法による電子線回折図形の解析によるものからなる群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。硬組織を非破壊的に測定可能であり、試料の作製、準備が容易であり、定量的に配向性を判断できるという観点から、好ましくは、X線回折法を挙げることができる。配向性を小さな部位からより確実に把握するという観点から、X線回折法による分析が、微小領域において行なわれることが好ましい。一般に、微小領域の範囲を特定するよりは、入射X線の径を定義した方が正確である。すなわち、X線と試料表面との角度はある程度変化するので、測定領域を厳密に艇具する事は難しい。一方、測定範囲(微小領域の範囲)は、入射X線径の約3〜5倍といわれている。そこで、入射X線径を用いて好ましい範囲を定めることができる。精度よく小さい部位の配向性を評価するという観点から、入射X線径は10μm〜1mmであり、好ましくは10μm〜100μmである。
したがって、配向方位について特に限定されるものではないが、正常な硬組織と比較して機能を発揮していることを判定するという観点から、配向方位としては、前記硬組織における結晶の配向度のうち最大値もしくは極大値の配向方位であることが好ましい。
実施例1
実際のヒト大腿骨(献体)ならびにウシ大腿骨に対して、配向方位を決定し、硬組織の評価を実施した。
中空円筒状の骨生検針を、骨軸に対しほぼ垂直に刺し込み、円柱状の骨試料を採取する(図1)。ただし、この時点では、円柱状試料のどの方向(直径方向)が骨軸方向(=アパタイトc軸優先配向方向)かは判断できないため、以降の手順でまず骨軸方向を決定する。
試料を試料軸中心で回転(Φ2軸回転)させながらの反射型X線回折法(図2)によってアパタイトc軸優先配向方向を解析することにより、長軸方向を決定するが、そのためには、通常のΦ回転冶具(図3左図参照)ではなく、それと垂直なΦ2軸回転が可能な特殊冶具を用いる必要がある。そのため、通常冶具上に特殊冶具を設置し、その上に円柱状試料を固定する。この場合の冶具の位置関係と、光学系との関係を図3に示す。〔通常冶具の座標:x, y, z, Φ、特殊冶具の座標:x2, y2,
Φ2〕
この時点では、Φ2軸回転中心に試料中心が一致していないため、特殊冶具上のx2,
y2軸にて試料をΦ2軸回転中心まで移動させる(図4)。
さらに、この時点では、X線回折中心(ω軸回転中心)に試料中心が一致していないため、通常冶具上のx, z軸にて、(特殊冶具ごと)ω軸回転中心まで移動させる(図5左)。ただし、回折は試料のごく表面で生じるので、実際には試料表面を回折中心に一致させる(図5右)。
最大配向方向を決定するため、Φ2軸回転を行いながら、(例えば)5度ステップで180度分のX線回折測定を(短時間で)行う。この際、c軸配向性を評価する指標として002回折に注目しているため、光学系を(002)面のBragg条件(入射角ω=13°, 2θ=26°、Cu-Kα線の場合)に固定する。得られた生データに対し、χ方向(あおり方向)に積分することで、各Φ2に対する2θプロファイルを得る。
得られたプロファイルのうち、注目した002回折について、Φ2に対する回折強度分布図(図6)を描き、最大強度点のΦ2座標を読み取り、最大配向方向(骨軸方向)を決定する。
上記(6)で求めた最大配向方向のΦ2座標に固定し、配向度計算のための精密なX線プロファイル測定を行う(充分時間をかけて)。配向度計算には、002回折ピークと、強度規格化のために310回折ピークを用いるため、両回折が配向度計測方向に対して等価に生じるようにω軸揺動を行う。
310回折ともに図8に示すような、試料面から(X線入射方向に対して)7°以内に存在する回折面からの情報を得ることが可能となる。つまり、両回折が配向度計測方向に対して等価に生じるように測定することができるのである。実際には、図8の左半分が002回折の、右半分が310回折の検出範囲である。
<(8)配向度計算(あおり方向加算)>
本発明で使用した回折装置の2次元PSPCは、あおり方向(χ方向)への次元も有するため、試料面から入射X線に対してあおり方向に傾いた結晶面からの回折情報をも得ることが可能である。従って、上記X線入射方向に対しての傾きと同様の±7°分をχ積分することで、図9のように、002, 310面ともに試料面から±7°以内に存在する結晶面からの回折情報による2θプロファイルを得ることが可能となる。これは、通常の反射測定における試料面内回転(Φ軸回転)と(ほぼ)等価な解析が可能であることを意味する。(特殊冶具を装着していることによりΦ軸回転は不可能であるにも関わらず、同等の解析が可能)。実際には、図9の左半分が002回折の、右半分が310回折の検出範囲である。
これまで蓄積してきた、長管骨(正常・疾患)骨軸方向に沿ったアパタイトc軸配向度データベース(正常骨組織や疾患骨組織)を基に設定された判定基準値と比較して、疾患骨であるか否か、またその程度を診断する。
<(11)手術手技の決定(骨切位置の決定etc)>
(例えば)大腿骨骨軸方向に沿ってどこまで疾患が進行しているのかを判断することにより、疾患部を取り残したり、正常部位まで余分に切除してしまうことのないよう、適切な骨切位置を決定することが可能となる。
Claims (8)
- 硬組織(人の硬組織を除く)の評価方法において、硬組織が骨生検針により得られた骨切片であり、前記骨切片の面内異方性を分析することにより、(002)面の強度に基づきヒドロキシアパタイトの結晶の配向性の配向方位を決定し、前記配向方位の位置での配向度を、(002)回折ピークと(310)回折ピークの比を取ることで決定し、当該配向度を評価の指標とすることを特徴とする硬組織の評価方法。
- 前記配向方位が、前記硬組織における結晶の配向方位の中で最大値もしくは極大値を示す配向方位である請求項1記載の方法。
- 前記面内異方性の分析が、前記硬組織の骨切片の骨軸方向と平行な面、又は前記骨軸方向±90度の範囲内の面における面内異方性を分析することにより行う請求項1記載の方法。
- 前記結晶の配向性を、X線回折法、SEM-EBSP(Scanning Electron Microscope-Electron Backscattering Pattern)法による各結晶粒の電子後方散乱像の解析によるもの、TEM-DP(Transmission Electron Microscope-Diffraction Pattern)法による電子線回折図形の解析によるものからなる群から選択される少なくとも1種により分析することを特徴とする請求項1〜3項のいずれか1項に記載の方法。
- X線回折法による分析が、微小領域において行なわれることを特徴とする請求項4記載の方法。
- X線回折法による結晶の回折強度又は回折積分強度を求めることにより分析すること特徴とする請求項1〜5項のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分析を、c軸方向の回折強度又は回折積分強度/a軸方向の回折強度又は回折積分強度、c軸方向の回折強度又は回折積分強度/(a軸及び/又はc軸以外の方向の回折強度又は回折積分強度)、c軸方向の回折強度又は回折積分強度/(a軸及び/又はc軸を含む様々な方向の回折強度又は回折積分強度)からなる群から選択される少なくとも1種の回折強度比又は回折積分強度比を求めることにより行う請求項6記載の方法。
- さらに、骨量、組織標本の観察、組成分析、赤外線吸光(IR)分析、硬さ・破壊応力、又は弾性率の力学特性測定の評価を行なう請求項1〜7項のいずれか1項に記載の方法。
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