骨髄検体の採取部位は通常、骨髄腔にアクセスするための広い面積をもち、より安全に採取実施が可能な後上腸骨陵にて行う。穿刺吸引時には、骨髄腔内に発達した静脈洞からの末梢血の混入を回避することが大切である。骨髄吸引液は、針を穿刺後、一気の陰圧による素早い吸引で0.2-0.5mLを採取する。末梢血の混入した検体では、芽球など異常な細胞の比率が相対的に低下し、急性白血病の診断や病型分類に影響が出る。また、巨核球やマクロファージなど骨髄中にのみ存在する細胞成分での形態異常、骨髄浸潤性病変について検出や評価が困難となる。
骨髄吸引液の塗抹標本の作製は、ベッドサイドにて吸引採取時に抗凝固剤を用いず、速やかに行う。吸引した骨髄液は、通常は引きガラス（ヘマトサイトメータ用カバーガラス）を用いて直接塗抹にてスライド標本を作製する（ウエッジ法）。骨髄吸引液の塗抹標本作製は、有核細胞数が多いこと、粘稠度が高いことから、末梢血の場合より薄く塗抹する。塗抹後、ドライヤーなどの冷風にて強制乾燥する。塗抹標本数は、普通染色と特殊染色用に、10枚程度を作製する。塗抹標本は長期間保存すると、普通染色で青く染色され、細胞分類が困難となる。特殊染色の内、酵素染色は酵素が時間とともに活性低下するため、塗抹後早期に固定・染色する。なお、骨髄検体採取時に染色体検査や細胞表面マーカー検査（フローサイトメトリー法）用の検体を採取する場合、抗凝固剤として用いるヘパリンが塗抹標本に混入すると細胞が変性し細胞形態検査に適さない。
骨髄有核細胞数、巨核球数は、吸引した骨髄液をチュルク液で希釈し、計算板で算定する。チュルク液を一定量試験管に分注しておき、骨髄液をマイクロピペットにて加え、希釈・染色する（それぞれ1mL、20μLであれば、希釈率は50倍）。
病理組織検査が必要な場合、骨髄穿刺吸引の前に骨髄組織生検を行うことが望ましい。骨髄生検の実施は、異常細胞の著しい増生や線維化などでdry tapとなり骨髄吸引液が得られない場合にも適応がある。小児では骨髄組織生検の実施が困難なことが多いため、吸引骨髄液からの骨髄組織小片をスライド同士で押しつぶし伸展するスライド標本（圧挫伸展標本）や残存骨髄液の凝集後に固定液に浸ける骨髄クロット標本も作製しておく。細胞密度の正確な評価やがん細胞の骨髄浸潤の検出に利用する。

急性骨髄性白血病（acute myeloid leukemia：AML）のWHO分類では、骨髄有核細胞（末梢血白血球）中の芽球比率が20％以上に増加している場合を急性白血病とする。ただし、芽球比率20％未満でも、その他の検査所見に基づく基準を満たした場合はAMLとする（表1）。続いて病型診断は、各細胞系統の分画、芽球の特殊染色、細胞表面マーカーの性状および染色体・遺伝子検査の所見を併せて行う（図2.詳細は前章「Ⅰ．WHO分類に基づいたAML診断の進め方」を参照）。
芽球比率では、顆粒有り芽球（タイプII）と前骨髄球の鑑別が重要である。異常幼若細胞（芽球、前骨髄球）の判別は、病型診断として未分化型AML（M1）、分化型AML（M2）および急性前骨髄球性白血病（acute promyelocytic leukemia：APL,M3）の病型診断を左右する。顆粒あり芽球（タイプII）と前骨髄球の判別のポイントは、前者の形態は、顆粒なし芽球に細胞質顆粒が加わった細胞である（図3A）。ただし、症例（病型）によって、顆粒なし芽球の形態は大きく異なるため、主体となる芽球の特徴をとらえ、それを基準に判別を行う。これらの点に留意して形態所見を観察すれば、骨髄で増殖した異常幼若細胞の主体が芽球（タイプII）であるか、前骨髄球であるか容易に判別でき、病型が正しく判断できる。
また、WHO分類では、前単球は芽球相当として取り扱う。このため、その細胞判定と分類が重要となる。単芽球は、大きなサイズで僅かな顆粒を含む比較的豊富な細胞質をもち、核は円形でレース様の核網と1〜2個の明瞭な核小体が見られる。前単球は、核形がより不規則で折り重なっており、繊細なクロマチン構造と小さな不明瞭な核小体が見られる（図3B）。その細胞カウントは、急性単芽球性・単球性白血病、急性骨髄単球性白血病および慢性骨髄単球性白血病（芽球相当を含む芽球比率＜20％）の病型診断を左右する。
古典的な15;17転座のAPLの診断には、アウエル小体やファゴット細胞の所見確認が必要である。これらが明らかでない場合、15;17転座以外のRARA再構成を有するバリアント転座APLの鑑別が必要となる。鑑別の指標として、前者に特徴的な微細な顆粒、核の切れ込みやファゴット細胞、後者に特徴的な濃い顆粒や核形整な前骨髄球を確認する。

細胞分類に続いて、基本的な病型分類を行う（図4）。WHO病型分類の他のカテゴリーに該当しないAML（AML, not otherwise specified）は、FAB病型分類を踏襲している。そこで、ミエロペロキシダーゼ（MPO）陰性（3％未満）の場合、免疫形質、染色体検査やキメラ遺伝子検査の結果が不明の段階では、形態診断による病型分類は実際上の課題となる。MPO陰性AMLの病型としては、最未分化型急性骨髄性白血病、急性単芽球性白血病、急性赤白血病あるいは急性巨核芽球性白血病が挙げられ、その鑑別はしばしば困難である。以下に、急性単芽球性白血病と急性巨核芽球性白血病の形態診断のポイントを挙げる。
急性単芽球性白血病の多くは非特異的エステラーゼ染色陽性にて確認できる。しかしながら、10-20％の症例で非特異的エステラーゼ染色陰性（または弱陽性）であり、細胞表面マーカーでも単球系抗原の発現が明らかでない。このため普通染色標本での形態所見（レース様の核網、明瞭な1〜2個の核小体、透明感のない豊富な青灰色の細胞質）が最終的な決め手となる。
急性巨核芽球性白血病では分化度から2つのタイプに大別される（図5）。未分化なタイプでは、芽球がおおむね中型、細胞質好塩基性で、N/C比大きく核網繊細である。分化傾向のあるタイプでは、異常細胞の多様性が特徴的である。細胞の分化度の異なる大小不同の細胞から構成される。細胞質にしばしば突起を認める。核の性状は、核網が均一でやや硬いもの、多核の芽球から微小巨核球まで多彩である（症例参照）。末梢血中での微小巨核球や巨核芽球断片、異形成が強い血小板の出現の所見は、急性巨核芽球性白血病の病型診断の参考となる。MPO陰性のAMLの病型鑑別は、形態的な所見のみでは限界があり、細胞表面マーカーなど他の検査所見を総合して確定する。

末梢血または骨髄の芽球と細胞異形成の割合は、急性白血病（原発性、二次性）の診断に加え、AMLや骨髄異形成症候群の病型診断の基準に利用される。
多系統の細胞異形成を伴うAML（AML with multilineage dysplasia）は、2系統以上の細胞異形成（各系統50％以上）で予後不良因子とされる。WHO分類2017年版では、骨髄異形成関連変化を伴うAML（AML with myelodysplasia-related changes：MRC）の病型が設置されており、診断基準として、①多系統の細胞異形成、②骨髄異形成症候群または骨髄異形成/骨髄増殖性腫瘍の既往、③関連する染色体異常の何れかがあれば本病型に診断される。
細胞異形成が見られる場合、細胞系統ごとの異形成所見の定量的評価を行う（図6）。細胞異形成とは、顆粒球系における低顆粒性細胞質、低分節核（偽ペルゲル核）、異常分節核、赤芽球系における巨赤芽球様変化、核融解、核形態の不規則性・細分化、多核、環状鉄芽球、PAS陽性、巨核球系における微小巨核球、単核・円形分離多核等である。骨髄中の芽球増生が著しいために、巨核球系や成熟顆粒系が減少し、その観察が難しい場合、末梢血での好中球（細胞質顆粒減少、偽ペルゲル核）や血小板（巨大血小板、顆粒減少）の異形成所見が参考になる。

WHO分類2017年版では、予後良好なt(8;21)(q22;q22.1);RUNX1(AML1)-RUNX1T1(ETO) 、inv(16)(p13.1q22) or t(16;16)(p13.1;q22);CBFB-MYH11、t(15;17)(q22;q12); PML-RARAに加え、APLで非典型的な染色体異常が別に取り扱われ、また予後不良な3病型t(6;9)(p23;q34.1);DEK-NUP214(CAN)、inv(3)(q21.3q26.2) or t(3;3)(q21.3;q26.2);GATA2,MECOM(EVI1)、t(1;22)(p13.3;q13.1);RBM15(OTT)-MKL1(MAL）が追加されている。

AML病型特異的な染色体・遺伝子異常（recurrent cytogenetic abnormalities）では、主な染色体・遺伝子異常において、特徴的な形態所見があり、その総合的な評価によって染色体・遺伝子異常を推定可能な場合が多い。一例として、t(8;21)(q22;q22.1);RUNX1(AML1)-RUNX1T1(ETO) をともなうAMLでは、分化傾向を有する大型の芽球、両端が細く尖った1本のアウエル小体、サーモンピンク色の好中球、好中球偽ペルゲル核異常などが特徴的である（症例参照）。
骨髄の好酸球の形態は、分化傾向をもつAMLの病型診断の参考となる（症例参照）。inv(16)(p13.1q22) or t(16;16)(p13.1;q22):CBFB-MYH11をともなうAMLでは、幼若な好酸性顆粒、すなわちバイオレット紫の粗大な顆粒が認められる。なお、幼若な好酸性顆粒は症例によって出現頻度が異なるため、形態観察において注意する。t(8;21)(q22;q22.1);RUNX1(AML1)-RUNX1T1(ETO) をともなうAMLでは、正常な好酸球の増加を来す。t(6;9)(p23;q34.1);DEK-NUP214(CAN)をともなうAMLは、成熟を伴うAML（M2）または急性骨髄単球性白血病(M4)を呈し、好酸球に暗く染まる顆粒をもつことを特徴とする（図7）。前2者の染色体異常は予後良好であるのに対して、後者は予後不良である。

骨髄塗抹標本の血液細胞形態では、異常細胞増殖とともに、背景疾患（骨髄異形成症候群や骨髄増殖性腫瘍など先行疾患、潜在クローン）、造血状態、治療合併症に関する情報が得られる。治療抵抗性の潜在クローンを示唆する所見として、t(8;21)(q22;q22.1)における造血器腫瘍に関連した全身性肥満細胞症Systemic mastocytosis with an associated haematological neoplasm (SM-AHN) の診断のため、肥満細胞の集族に留意する（症例参照）。

A：t(8;21)(q22;q22.1);RUNX1(AML1)-RUNX1T1(ETO) をともなう急性骨髄性白血病（acute myeloid leukemia: AML）では正常な好酸球の増加を呈する。

B：inv(16)(p13.1q22) or t(16;16)(p13.1;q22):CBFB-MYH11をともなうAMLでは、骨髄の好酸球増加を認め、多くは幼若な好酸性顆粒、すなわちバイオレット紫の粗大な顆粒をもつ。粗大で特徴的な色調から異常な好酸球と判断できる。

C：t(6;9)(p23;q34.1);DEK-NUP214(CAN)をともなうAMLは、成熟を伴うAML（M2）または急性骨髄単球性白血病(M4)の病型を示し、好酸球に暗く染まる顆粒をもつことを特徴とする。