九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課 題 番 号 ： 1902009T

Ｂ Ｌ 番 号 ： 07

（様式第 5 号）
マイクロ X 線イメージングによる木材組織観察と樹種同定法としての可能性の検討
Application study of micro CT technique to wood identification with morphological features
百島則幸、芦川信雄、Momoshima Noriyuki, Ashikawa Nobuo
九州環境管理協会
Kyushu Environmental Evaluation Association
※１
※２

※３
※４

先 端 創 生 利 用（ 長 期 タ イ プ ）課 題 は 、 実 施 課 題 名 の 末 尾 に 期 を 表 す （ Ⅰ ）、（ Ⅱ ）、（ Ⅲ ）を 追 記
してください。
利 用 情 報 の 公 開 が 必 要 な 課 題 は 、本 利 用 報 告 書 と は 別 に 利 用 年 度 終 了 後 2 年 以 内 に 研 究 成 果 公
開｛ 論 文（ 査 読 付 ）の 発 表 又 は 研 究 セ ン タ ー の 研 究 成 果 公 報 で 公 表 ｝が 必 要 で す (ト ラ イ ア ル
利 用 を 除 く )。
実験に参加された機関を全てご記載ください。
共 著 者 に は 実 験 参 加 者 を ご 記 載 く だ さ い （ 各 実 験 参 加 機 関 よ り 1 人 以 上 ）。

１．概要（注：結論を含めて下さい）
神 社 仏 閣 や 木 彫 仏 像 な ど に つ い て 、そ の 文 化 財 的 価 値 を 評 価 す る 場 合 、使 用 さ れ て い る
木 材 の 種 類 は 重 要 な 基 本 情 報 の 一 つ で あ る 。し か し 、文 化 財 の 保 護 の 観 点 か ら 樹 種 を 調
べ る た め に 採 取 で き る 木 片 は 大 き な 制 約 を 受 け る こ と が 多 い 。本 ト ラ イ ア ル 利 用 で は ご
く少量の木片試料から樹種を同定する手法としてのマイクロ X 線イメージングの可能性 を 検 討 し た 。木 材 組 織 は 樹 種 毎 に 特 徴 的 な パ タ ー ン を 示 す こ と か ら 、そ の 特 徴 を 抽 出
可 能 な 分 解 能 で CT 画 像 が 取 れ る と 樹 種 同 定 法 と し て マ イ ク ロ X 線 イ メ ー ジ ン グ を 利 用できる。
（ １ ） ヒ ノ キ （ 針 葉 樹 ）、（ ２ ） ケ ヤ キ （ 広 葉 樹 ）、（ ３ ） ク ス ノ キ （ 広 葉 樹 ） に つ い て
マ イ ク ロ X 線 イ メ ー ジ ン グ を 測 定 し た 。 試 料 サ イ ズ は 直 径 2mm、 長 さ 4cm で あ る が 、
実 際 の 測 定 範 囲 は 約 2x2x2mm で あ る 。 試 料 は 0.36 度 毎 に 回 転 さ せ な が ら 、 各 角 度 で 7秒 も し く は 10 秒 測 定 を 実 施 し 、 得 ら れ た 画 像 1001 枚 を 再 構 築 し て 吸 収 強 度 の 分 布 図（ 1024x1024x1024 ピ ク セ ル ）の 生 デ ー タ を 得 た 。画 像 の 解 析 に は 無 料 ソ フ ト Fiji を 利 用した。
得 ら れ た ピ ク セ ル 間 隔 2.6 ㎛ の ３ D 画 像 は 樹 種 の 組 織 形 態 を 観 察 可 能 な 分 解 能 を 持 って い る こ と が 判 っ た 。顕 微 鏡 で 組 織 を 観 察 す る た め に は 、3 軸 方 向（ 木 口 面 、ま さ 目 面 、板目面）の薄片試料を用意する必要があるが、本手法で得られた３D 画像からは各軸方向 の 画 像 を 容 易 に 抽 出 す る こ と が で き る こ と か ら 、光 学 顕 微 鏡 に よ る 組 織 形 態 観 察 と 同等の能力を持つ樹種同定法としての可能性を有していると評価された。
（ English ）When evaluating the cultural property value of shrines and temples and wooden statues, thetype of wood used is one of the important basic information. However, the pieces of woodcollectable from cultural properties to examine tree species is often severely restricted fromthe viewpoint of protection of cultural properties. In this trial application, we examined thepossibility of micro X-ray imaging as a method to identify tree species using a very small
amount of wood chip samples. Since wood tissue has a characteristic pattern for each treespecies, when a CT image can be obtained with high resolution that allows us to extract thefeatures of tree species from the image.
Micro X-ray imaging was measured for (1) Hinoki (conifer), (2) Zelkova (hardwood), and(3) Cupressus (hardwood). The sample size is 2 mm in diameter and 4 cm in length, but theactual measurement range is about 2 x 2 x 2 mm. While rotating the sample every 0.36 degrees,
7 seconds or 10 seconds of measurement was performed at each angle, and 1000 images wereobtained, and reconstructed to obtain raw data of the distribution chart of absorption intensity(1024 × 1024 × 1024 pixels). The image were analyzed using the free software Fiji.
The obtained 3D image with a pixel spacing of 2.6 μm was found to have a good resolution
and is capable of observing the tissue morphology of the tree species. It is necessary to preparethin sections of wood tissue in the three axial directions (the xy plane, the grazing plane, theplate plane) when we extract morphological features with an optical microscope. The 3D image
obtained by this method is enable us to extract images easily for the three axial directions withhigh resolution, and has an ability equivalent to optical microscopic observation of tissuemorphology. Therefore it would be concluded that the micro X-ray imaging can be used as atree species identification method.

２．背景と目的
樹種を同定することは様々な場面で求められることがあるが、すでに板や棒に加工されている場合は簡単ではない。加工された木材の樹種同定は、簡便な方法としては色、木目、材質などを観察して、経験に基づく熟練者の目視観察で行われることが多いが、ある程度の大きさや新鮮な表面がないと一般的に同定は困難である。一方、光学顕微鏡による木材組織の観察による形態学的な同定は信頼性が高い方法であるが、そのためには木材の一部を入手して顕微鏡観察のための組織切片試料（3 軸方向）を作成する必要がある。文化財的価値の高い建物、仏像などからは顕微鏡切片試料の製作に必要な木材試料を得ることは困難であり、歴史的、地域文化的、芸術的観点から樹種同定の要望が高いにも関わらず実施できないことが多い。
放射光を用いるマイクロ X 線イメージング技術は微小な物体の３D イメージングを作成することができる。微小な木片試料の３D イメージングから、3 軸方向の画像を切り出し、これらの画像から木材組織の形態的特徴を抽出することができれば、顕微鏡法と同様に樹種同定に利用できると考えられる。マイクロ X 線イメージングに必要な条件は高い分解能であり、数マイクロメーターの解像度が達成できると樹種に特徴的な組織形態を観察することができる。今回の目的は得られる CT 画像が樹種同定に利用可能な分解能を有しているかどうかを調べることである。
３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
試料：ヒノキ（針葉樹）、ケヤキ（広葉樹）、クスノキ（広葉樹）の板から、直径2mm、長さ4cmの円柱状試料を作成した。

(a)

(b)

(c)

（a）作成した円柱状試料（右側は爪楊枝の頭部に円柱状試料を接着したもの）（b）試料保持台に円柱状試料を差し込んでセットした様子（c）ビームライン07に試料保持台を取り付けた様子。ビームは試料の左から入射され、右側のCCDカメラで撮影される
実験方法：バイオイメージングビームラインBL-07の回転台に円柱試料をセットして0.36度毎に回転させながらCCDカメラによりCT写真を撮影した。使用したX線のエネルギーは9keVであり、ヒノキ及びケヤキは各面7秒、クスノキは10秒の測定時間であった。
解析方法：CCDカメラへの記録は2048x2048x2048ピクセルの画像であるが、2x2x2ピクセルで統合することで1024x1024x1024ピクセルのデータ量の画像として再構築を行った。3D画像の観察は無料ソフトFijiを利用した。
４．実験結果と考察
樹木の 3 軸方向（木口面、まさ目面、板目面）の位置関係を右図に示す。木口面には年輪と共に仮道管や導管の横断面が観察される。まさ目面には中心から表皮に向かう放射組織や導管や仮道管の縦断面が観察される。板目面には導管や仮道管の縦断面や放射組織の横断面が観察される。
各樹種の各面について得られた組織画像を示す。

（１）ヒノキ（針葉樹）
木口面の横方向には年輪縞が観察される（白っぽい横線。晩夏から秋に生成した成長が悪い細胞の集まりである）。年輪の間隔から成長率は0.3⁻0.4cm/年であると読み取れる。針葉樹は仮道管が広く分布するのが特徴である。仮道管は一個一個の細胞であり、細胞の横断面すなわち細胞壁が丸く見て取れる。
板目面には仮道管を構成する細胞の縦断面に細胞壁が縦長に見て取れる。また、ところどころに放射組織の細胞が縦方向に塊として見える。
まさ目面には左から右方向に広がる放射組織の縦断面が見える。放射組織の縦断面の上下には仮道管の縦断面が見え、各仮道管を連結する壁孔が縦方向に点状に観察される。
注意：各面の倍率は任意である。

ヒノキ
ヒノキまさ目面

ヒノキ
木口面

ヒノキ
板目面

（２）ケヤキ（広葉樹）（３）クスノキ（広葉樹）
広葉樹は発達した導管が根から樹幹に水を通しているのが特徴であり、ケヤキには発達した大きな導管と小さな導管が横方向に観察される。また、上下に走る放射組織が帯状に確認される。白い粒状で点在する部分はおそらくシリカなどの無機物質による目詰まりと思われる。一方、クスノキの導管は斜め方向に並ぶように分布している。放射組織の幅はケヤキより狭く、数が多いことが判る。
ケヤキ
木口面

クスノキ
木口面

樹種の特徴は、様々な組織を観察することで知ることができる。現在 AWAI（The International
Association of Wood Anatomists）による光学顕微鏡的特徴リストによる判別が利用可能である。AWAIは国際木材解剖学者連合により樹種をコンピュータで判別可能なようにコード化して「AWAI List」として体系化されたものである。CT 画像からコード化されている特徴を読み取り、リストに入力していくと光学顕微鏡による観察の場合と同じように樹種が絞り込めると期待される。
本トライアル利用では、マイクロ X 線イメージングによる画像が樹種同定に利用可能な分解能を有しているかどうかを調べることであったが、ヒノキ、ケヤキ、クスノキについて行った実験では、樹種に特徴的な組織形態を高い分解能で観察できることを確認することができた。得られる３D イメージから任意の面の画像を取り出すことができることから、顕微鏡観察ための組織切片の写真と比べると抽出できる画像の数は多く、圧倒的に多くの情報を得ることができ組織形態の観察には有利なことは明白である。
５．今後の課題
今回得られたものは 3 樹種だけである。他の樹種についてもマイクロ X 線イメージング測定を行い高分解能の画像が得られることを確認することが、本手法の発展には必要である。国内文化財への利用を目的とすることから、代表的国内産樹種のマイクロ X 線イメージングデータを揃えることが次のステップとなる。マツ、スギなどについて測定を行いたいと考えている。そして代表的な樹種のデータを揃え、実際の文化財について測定を進める計画である。
得られた樹種毎の３D イメージはデータベースとして公開することが望ましい。
６．参考文献
広葉樹の識別 IAWA による光学顕微鏡的特徴リスト、海青社、1998 年
針葉樹の識別 IAWA による光学顕微鏡的特徴リスト、海青社、2006 年
７．論文発表・特許（注：本課題に関連するこれまでの代表的な成果）なし
８．キーワード（注：試料及び実験方法を特定する用語を２～３）
樹木組織、マイクロ X 線イメージング
９．研究成果公開について（注：※２に記載した研究成果の公開について①と②のうち該当しない方を消してください。また、論文（査読付）発表と研究センターへの報告、または研究成果公報への原稿提出時期を記入してください（2019 年度実施課題は 2021 年度末が期限となります）。
長期タイプ課題は、ご利用の最終期の利用報告書にご記入ください。

① 論文（査読付）発表の報告② 研究成果公報の原稿提出（報告時期：（提出時期：年年月）月）