Determination of the bone-crystallites distribution function by X ray diffraction

Abstract

It is considered that meaningful interpretation of the physical properties of bone is possible only when the crystalline quality of bone is also known quantitatively. From the crystalline structure and the X-ray diffraction photograph of bone, it is concluded that the bone crystallites, i.e. the collagen-hydroxyapatite composite crystallites, are oriented with their unit cellc-axes spreading symmetrically around a distribution symmetry axis with a characteristic angular dispersion around this axis. An X-ray diffraction technique is then developed in order to measure accurately both the position of the distribution symmetry axis and the crystallites orientation distribution function. Typical results for samples from bovine femur are presented.

Sommaire

On considère que l'on ne peut interpréter avec succès les propriétés physiques des os que lorsque l'on connaît quantitativement la qualité cristalline des os. A partir de la structure cristalline et de la diffraction par rayons X des os, on a conclu que les cristallites, c'est-à-dire les cristallites composites collagenhydroxyapatites, sont orientées de façon telles que les axes “C” des cellules unitaires sont répartis symétriquement autour de l'axe de distribution avec une dispersion angulaire caractéristique autour de cet axe. Une technique de diffraction par rayons X a été développée afin de mesurer avec précision la position de l'axe symétrie de distribution et la fonction de distribution de l'orientation des cristallites. On trouvera dans cet article des résultats types concernant des échantillons prélevés sur un fémur de boeuf.

Zusammenfassung

Wir sind der Ansicht, daß die physikalischen Eigenschaften von Knochen nur dann richtig interpretiert werden können, wenn auch die kristallinische Qualität der Knochen quantitativ bekannt ist. Aus kristallinischer Struktur und Aufnahme der Röntgenstrahlenbeugung des Knochen swird geschlossen, daß die Knochenkristalliten d.h. aus Kollagen-Hydroxylapatit bestehende Kristallite, mit den C-Achsen ihrer Zellen symmetrisch um eine symmetrische Verteilungsachse angeordnet sind, wobei eine charakteristische winkelförmige Streuung um diese Achse auftritt. Dann entwickelt man ein Verfahren zur Beugung von Röntgenstrahlen, um sowohl die Position der symmetrischen Verteilungsachse wie auch die Verteilerfunktion der Kristallitausrichtung genau zu messen. Typische Ergebnisse von Proben aus einem Rinderfemur werden angeführt.