Waarom irradiantiegetallen van rood licht therapie lampen niet kloppen: het ontbreken van een gouden standaard

Kort antwoord: voor LED-lichttherapie bestaat geen gouden standaard om intensiteit te meten. De meetmethodes en de rekenregels komen uit de laserwereld, waar licht coherent en monochromatisch is en waar meters van verschillende merken vrijwel dezelfde uitkomst geven. Ledpanelen stralen incoherent, polychromatisch licht over een groot oppervlak. Daar past die methode niet op. Op dat fundamentele probleem stapelen zich nog zes praktische meetfouten, die de gepubliceerde getallen doorgaans 40 tot 100 procent te hoog maken.

Het fundamentele probleem: laser is niet led

Vrijwel al het onderzoek waarop rood licht therapie is gebouwd, is gedaan met laser. Dat is geen detail, want laserlicht heeft eigenschappen die meten eenvoudig maken.

Laserlicht is coherent: de golven lopen in de pas. Het is monochromatisch: in de praktijk één golflengte. Het komt uit één punt en gaat één kant op. Daardoor is er in de laserwereld één meetmethode ontstaan die zo uniform is dat meters van verschillende fabrikanten zeer vergelijkbare resultaten geven, en dat je uit de componenten van de laser vooraf al kunt berekenen wat die waarden ongeveer zullen zijn. Dat is wat een gouden standaard betekent: iedereen meet hetzelfde, op dezelfde manier, met vergelijkbare uitkomsten.

Een ledpaneel is het tegenovergestelde. Het licht is incoherent, de golven lopen niet in de pas. Het is polychromatisch: meerdere golflengten tegelijk, meestal rood en nabij-infrarood door elkaar, elk met een eigen spreiding om de piek heen. En het komt niet uit één punt maar uit honderden ledjes, verspreid over een vlak, elk met een eigen lens en een eigen richting.

Toen ledlichttherapie opkwam, is er niet een nieuwe meetstandaard bedacht. Er zijn meters gepakt die voorhanden waren, en die geven voor dit soort licht niet de juiste waarden. Dat is nog steeds zo.

Waarom dat doorwerkt tot in de wetenschap

Het probleem blijft niet bij de fabrikanten. Onderzoekers die met ledpanelen werken nemen die getallen soms over, of meten zelf, maar vermelden dan niet met welke meter, en evenmin of het om één meting gaat of om het gemiddelde van vele. Wie een studie leest, weet dus vaak niet hoeveel energie er werkelijk is toegediend.

Daar komt bij dat de protocollen die in omloop zijn (zoveel J/cm² voor deze aandoening, zoveel minuten op die afstand) grotendeels zijn afgeleid van laseronderzoek en vervolgens op ledapparaten zijn geplakt. Twee soorten licht, één rekenregel, en aan de ledkant een intensiteitscijfer waarvan niemand de herkomst kan controleren.

Het gevolg is een wedstrijd in plaats van een meting: wie durft het hoogste getal op de doos te zetten. Zolang niemand kan narekenen, wint het hoogste getal.

Ook bij laser is de aanname niet waterdicht

Om eerlijk te blijven: zelfs de laserkant is minder exact dan hij lijkt. Onderzoekers rekenen de intensiteit van een laser meestal uit door het vermogen te delen door de oppervlakte van de stip. Een laser van 5 mW met een stip van 0,2 cm doorsnede levert dan 159 mW/cm². Die berekening gaat ervan uit dat de stip een perfecte cirkel is en dat het licht daarbinnen gelijkmatig verdeeld is.

Geen van beide klopt meestal. Laserbundels vertonen doorgaans een gaussische verdeling: fel in het midden, zwakker naar de rand. Andere zijn onregelmatig, ovaal of grillig van vorm. Daarom bestaan er beam profilers, apparaten die het werkelijke bundelprofiel in kaart brengen. Onderzoek naar dit onderwerp (Amaroli e.a., 2021) vergeleek een handstuk met een vlakke, gelijkmatige bundel met de gebruikelijke gaussische sondes en vond met de gelijkmatige bundel consistentere uitkomsten op mitochondriale activiteit.

Bij een ledpaneel is die verdeling nog vele malen complexer, want daar zijn het honderden bronnen over een breed vlak in plaats van één bundel. Dat maakt het niet onmeetbaar, maar het maakt één getal als samenvatting van een heel paneel wel misleidend.

Meetfout 1: het verkeerde instrument

De solarmeter

Het meest gebruikte instrument in deze branche is een goedkope solarmeter, bedoeld voor zonlicht en groeilicht. Zo’n meter kost twintig tot vijftig euro, leest af in W/m² en claimt een bereik van 400 tot 1100 nm. Op papier lijkt dat te passen.

Het probleem zit in de sensor. Vrijwel al deze meters gebruiken een siliciumfotodiode, en de gevoeligheid daarvan is niet vlak. Die loopt sterk op richting het infrarood, met een piek rond 980 nm. Licht van 850 nm geeft daardoor een ongeveer twee keer zo sterke respons als licht van 500 nm. De meter is gekalibreerd op een breed spectrum; richt je hem op smalbandig rood of nabij-infrarood licht, dan telt hij structureel te veel.

Fabrikant GembaRed heeft dat op de eigen panelen nagemeten en de uitkomst van een goedkope solarmeter naast die van een extern laboratorium gelegd, beide op 15 cm:

Paneel	Solarmeter (mW/cm²)	Extern lab (mW/cm²)	Afwijking
Alleen 660 nm	21	16	+31%
Met veel 830/850 nm	11,3	6,0	+88%
Met veel 830/850 nm	59,0	33	+73%

Het patroon volgt precies de gevoeligheidscurve. Een paneel met uitsluitend 660 nm leds zit laag op die curve en wijkt 31 procent af. Panelen met veel 830 en 850 nm leds zitten hoog op de curve, en daar loopt de afwijking op tot bijna een verdubbeling.

Dit is geen bezwaar van één partij. Er is een peer-reviewed artikel over, van Hadis en collega’s, getiteld The dark art of light measurement: accurate radiometry for low-level light therapy. Daarin waarschuwen de auteurs dat metingen met siliciumfotodiodes voorzichtig geïnterpreteerd moeten worden, juist omdat de spectrale gevoeligheid met de golflengte meebeweegt en langere golflengten daardoor overschat worden.

De PAR-meter

Sommige merken gebruiken een PAR-meter. PAR staat voor photosynthetically active radiation: het is een meter voor plantenkwekers, die meet welk licht planten gebruiken bij fotosynthese. Ook hier moet je de eenheden nog omrekenen naar mW/cm², en ook hier is de spectrale respons niet vlak. Het is dus dezelfde fout als bij de solarmeter, met een extra rekenstap ertussen.

De luxmeter

Een luxmeter meet verlichtingssterkte: hoe helder licht is voor het menselijk oog. Dat is iets fundamenteel anders dan vermogensdichtheid. Tussen lux en W/m² bestaat geen enkele omrekenfactor: er is een andere factor voor elke golflengte, en omrekenen kan alleen als je de spectrale samenstelling van het licht al kent. Een luxmeter is voor deze toepassing dus niet ongeschikt door onnauwkeurigheid, maar principieel.

Daar komt bij dat 850 nm voor het oog onzichtbaar is. Een luxmeter registreert de helft van wat zo’n paneel doet eenvoudigweg niet.

Wat wél kan

Een spectroradiometer meet de intensiteit per afzonderlijke golflengte en telt die op. Daarmee verdwijnt het gevoeligheidsprobleem van de fotodiode. Dat is het instrument waarop serieuze metingen berusten, en het kost al gauw enkele duizenden euro’s.

Een laservermogensmeter gebruikt dezelfde siliciumfotodiode, maar is gekalibreerd op een specifieke golflengte en levert een correctiefactor of een instelling per golflengte. Reken de meting wel om: deel het afgelezen vermogen door de oppervlakte van de sensor, en pas de correctiefactor toe. GembaRed vergeleek drie betaalbare laservermogensmeters op hetzelfde apparaat en kwam op 13,8, 13,1 en 12 mW/cm², waar het laboratorium 13 mW/cm² rapporteerde. Een solarmeter op datzelfde apparaat gaf 25 mW/cm², bijna het dubbele.

Zelfs een solarmeter kan bruikbaar worden, mits je hem eerst correleert aan laboratoriummetingen en de daaruit afgeleide correctiefactor toepast. Zonder die stap is de aflezing een ruw getal dat toevallig een eenheid heeft.

We moeten wel nogmaals herhalen, LED is geen LASER en de getallen zijn dus wat nu geaccepteerd wordt omdat gespecialiseerde labs deze gebruiken. In een interview met Sven van Ophir Spiricon Europe GmbH een specialist in optische meetapparatuur kwamen we tot de conclusie dat waarschijnlijk een heel ander type meter nodig is welke simpelweg nergens wordt gebruikt.

Een veelzeggende toets tot slot: het aantal gepubliceerde fotobiomodulatiestudies dat een solarmeter of PAR-meter gebruikt om de dosis vast te stellen, is nul. Dit omdat veel studies de data overnemen van de fabrikant welke niet vertelt dat hun waarden door deze meter tot stand zijn gekomen.

Meetfout 2: een meetafstand die niet vermeld wordt

Licht wordt snel zwakker met de afstand. Een intensiteitsgetal zonder de meetafstand erbij is daarom onbruikbaar, en twee getallen die op verschillende afstanden tot stand zijn gekomen laten zich niet met elkaar vergelijken.

Het gaat daarbij om forse verschillen. De intensiteit loopt over een handvol centimeters al zichtbaar terug, en over de afstand tussen twee gangbare gebruiksafstanden kan er makkelijk een factor tussen zitten. Een getal dat op 15 cm is gemeten en een getal dat op 40 cm is gemeten kunnen dus van hetzelfde paneel komen en toch een heel ander beeld geven.

Vuistregel: noemt een merk de meetafstand niet, vraag er dan naar. Zonder die afstand is het getal niet te plaatsen en niet naast dat van een ander merk te leggen.

Meetfout 3: meten op een koude lamp

Leds geven meer licht wanneer ze koud zijn. Zodra de leds en de driver op temperatuur komen, zakt de output, een daling in de orde van 10 tot 20 procent. Wie meteen na het inschakelen meet, legt een waarde vast die het apparaat tijdens een sessie van tien tot twintig minuten nooit haalt. Een meting hoort te gebeuren nadat het apparaat thermisch in evenwicht is, doorgaans na een kwartier.

Niet alleen de hoeveelheid licht verandert bij opwarming. Ook de golflengtepiek kan tijdens een sessie verschuiven, wat betekent dat een paneel dat koud netjes op 660 nm piekt, warm ergens anders kan uitkomen.

Meetfout 4: één getal voor een heel vlak

Een paneel schijnt niet overal even fel. In het midden zit een hotspot; naar de randen zakt de intensiteit weg. Eén meting in het midden is dus het gunstigste punt van het product, niet wat er op een lichaam terechtkomt.

Hoe sterk dat verloopt, laat een iso-irradiantieplot zien: een soort hoogtekaart, maar dan voor lichtintensiteit. Zo’n analyse van een paneel op 15 cm afstand gaf het volgende beeld:

Positie	Intensiteit
Midden van het paneel (maximum)	47 mW/cm²
Gemiddelde in de middenzone	40 mW/cm²
Rand van het paneel	20 mW/cm²
Net buiten het paneel	10 mW/cm²
Iets verder daarbuiten	5 mW/cm²
Buitenste grens	1 mW/cm²

Aan de rand van het paneel is de intensiteit dus soms al meer dan gehalveerd ten opzichte van het midden. Wie alleen het maximum publiceert, publiceert een waarde die op de meeste plekken van je lichaam niet aankomt.

Meten hoort daarom op meerdere punten te gebeuren, en het resultaat hoort als minimaal twee getallen gepubliceerd te worden: het vlakgemiddelde en de randwaarde, of een uniformiteitsverhouding. Meetrasters lopen uiteen van een vijfpunts kruispatroon tot een 49-punts raster van 7 bij 7 punten; hoe fijnmaziger, hoe eerlijker het beeld.

Meetfout 5: lenshoek verkocht als bundelhoek

Dit punt raakt direct het opgegeven behandeloppervlak, en wordt zelden genoemd.

De lenshoek is de hoek van het lensje boven één afzonderlijke led: 30, 60 of 90 graden. De bundelhoek van het hele paneel is iets anders: die volgt uit alle leds samen, hun onderlinge afstand, hun lenzen en de manier waarop al dat licht samenkomt. Die twee zijn niet inwisselbaar en kunnen ver uit elkaar liggen. Bij panelen met lenzen van 60 graden mat een extern lab een bundelhoek van het hele paneel van slechts 20 graden.

Wie de lenshoek gebruikt om het dekkingsgebied uit te rekenen, komt daarom op veel te grote oppervlakken uit. Zo ontstaan claims waarbij een paneel van een meter hoog op 45 cm afstand een oppervlak van bijna twee meter zou beschijnen, en waarbij dat oppervlak dan ook nog eens overal de opgegeven intensiteit zou hebben. Kopers merken vervolgens dat ze extra panelen nodig hebben voor de dekking die één paneel beloofde.

Meetfout 6: wattage in plaats van licht

Het opgetelde vermogen van de geïnstalleerde leds, of het verbruik uit het stopcontact, is geen lichtmeting. Het zegt hoeveel elektriciteit erin gaat, niet hoeveel bruikbaar licht eruit komt. Dat verschil hangt af van het rendement, de optiek en de warmtehuishouding.

Let ook op het onderscheid tussen het nominale wattage van een led en het vermogen waarop hij werkelijk wordt aangestuurd. Een led die als 5 watt wordt verkocht, wordt in een paneel vaak op een fractie daarvan gedreven, anders wordt hij te heet. Een hoge warmteafgifte van een paneel is in dat licht geen teken van kracht maar van verspilling.

Irradiantie is trouwens ook niet hetzelfde als totaal optisch vermogen. Irradiantie zegt hoeveel licht er op één vierkante centimeter valt; het totale stralingsvermogen zegt hoeveel licht het apparaat in alle richtingen produceert, gemeten in een integrerende bol. Een klein apparaat met een smalle bundel kan een hoge irradiantie halen en toch weinig totaal vermogen leveren.

De fouten stapelen op elkaar

Deze keuzes sluiten elkaar niet uit. Een merk kan met een solarmeter, zonder de afstand te vermelden, op een koude lamp, in het midden meten, en het resultaat presenteren met een dekkingsgebied dat op de lenshoek is gebaseerd. Elk van die stappen is op zichzelf al tientallen procenten waard.

Meetkeuze	Effect op het getal	Wat het zou moeten zijn
Solarmeter of PAR-meter	Sterk verhogend, vooral bij nabij-infrarood; tot +88% gemeten	Spectroradiometer, of een op golflengte gekalibreerde meter met correctiefactor
Luxmeter	Principieel onbruikbaar; 850 nm wordt niet geregistreerd	Radiometrische meting, geen fotometrische
Meetafstand niet vermeld	Maakt het getal onvergelijkbaar met dat van een ander merk	De meetafstand altijd bij het getal publiceren
Koude lamp	+10 tot 20%, plus mogelijke golflengteverschuiving	Minimaal 15 minuten opwarmen tot thermisch evenwicht
Alleen de hotspot	Rand ligt ruwweg de helft lager dan het midden	Meerpuntsraster; gemiddelde én randwaarde publiceren
Lenshoek als bundelhoek	Dekkingsgebied fors overschat	Bundelhoek van het hele paneel laten meten
Wattage als lichtmaat	Zegt niets over optische output	Totaal stralingsvermogen meten in een integrerende bol

Wat je zelf kunt controleren

Zonder laboratorium haal je de duidelijke gevallen er wel uit.

• Gelijkmatigheid met het blote oog. Zet het paneel in een donkere kamer aan en kijk van een paar meter afstand. Tel dode of zwakkere leds en let op vlakken die als geheel donkerder zijn. Kleurverschil tussen de rode leds onderling wijst op slechte selectie van de leds.
• Infrarood zichtbaar maken met je telefooncamera. De meeste telefooncamera’s zijn gevoelig tot ongeveer 1000 nm, dus 850 nm-leds verschijnen op je scherm als paarse of witte puntjes terwijl je ze met het blote oog niet ziet. Zo controleer je of de infraroodleds werkelijk branden. Sommige nieuwere telefoons hebben een sterker infraroodfilter, dus probeer eventueel een tweede toestel.
• Flikkering opsporen met video. Richt je camera op het paneel en kijk naar het scherm in plaats van naar de lamp. Rollende horizontale banden wijzen op flikkering uit een goedkope driver. Slow motion maakt het duidelijker.
• Kleur van de rode leds. Oranjerood wijst op een lagere golflengte dan geadverteerd; dieprood is wat je bij 660 nm verwacht. Grof, maar genoeg om leds die er duidelijk naast zitten eruit te pikken.
• Een goedkope meter als vergelijking met zichzelf. Precies het instrument waar dit artikel kritisch over is, kun je wél zinvol gebruiken zolang je de absolute waarde negeert. Meet op een vaste afstand, leg dat vast als nulmeting, en herhaal elk halfjaar. Zakt de waarde fors, dan degraderen je leds. Het kalibratieprobleem valt dan tegen zichzelf weg.

Samengevat

Het kernprobleem is niet dat er slecht wordt gemeten, maar dat er geen afspraak bestaat over hoe er gemeten moet worden. De laserwereld heeft die afspraak wel; de ledwereld heeft haar nooit gemaakt en gebruikt intussen de rekenregels van de laserwereld op licht dat fundamenteel anders is. Zolang dat zo blijft, zijn de getallen op de doos onderling niet vergelijkbaar en zijn de protocollen die erop gebouwd zijn niet steviger dan hun zwakste aanname.

Wetenschappelijke bronnen

• Hadis e.a., The dark art of light measurement: accurate radiometry for low-level light therapy, Lasers in Medical Science
• Amaroli e.a., Improving Consistency of Photobiomodulation Therapy: A Novel Flat-Top Beam Hand-Piece versus Standard Gaussian Probes on Mitochondrial Activity, International Journal of Molecular Sciences, 2021
• Geaccrediteerde laboratoria die dit type metingen uitvoeren: LightLab International, Laser Compliance, UL en Intertek