Доза красного света против дозы ближнего инфракрасного излучения: почему многоволновым панелям необходимы джоули, разделяющие диапазон.

Дата обновления: 20.05.2026 | Время чтения: 13 минут

Данная статья посвящена проектированию и логике формирования отчетов для многоволновых панелей. Она не является руководством по протоколам лечения.

Представьте три панели с красным светом, расположенные рядом. Все три честные. Все три публикуют совершенно одинаковый заголовок: 57 Дж/см² суммарной дозы на поверхности 15 см за 10-минутный сеанс. Покупатель выбирает самую дешевую, предполагая, что «та же доза, тот же результат».

Покупатель только что совершил ошибку, которую не исправит ни одно тестирование интенсивности излучения. Потому что три панели распределяют эти 57 Дж/см² совершенно по-разному:

• Панель А: 24 Дж/см² красный + 33 Дж/см² ближний инфракрасный
• Панель B: 45 Дж/см² красный + 12 Дж/см² ближний инфракрасный
• Панель C: 8 Дж/см² красный + 49 Дж/см² ближний инфракрасный

Это не просто незначительные вариации одного и того же продукта. Они разработаны для различной глубины проникновения в ткани и различных категорий применения. Число «общее количество джоулей», указанное на коробке, — это сумма, которая незаметно скрывает самую важную информацию о том, для чего на самом деле предназначена панель.

Эта статья посвящена недостающей информации. В ней объясняется, почему фотоны красного (около 620–680 нм) и ближнего инфракрасного (примерно 800–1100 нм) излучения ведут себя по-разному после проникновения в кожу, почему одно число «общей дозы» скрывает замысел производителя, а также как должен выглядеть достоверный отчет экспертной комиссии, оценивающей излучение на разных длинах волн.

Если вас интересует базовая математика расчета дозы — что такое джоуль, как мВт/см² превращается в Дж/см², или как расстояние тестирования влияет на кривую — все это описано в наших дополнительных руководствах, ссылки на которые приведены в конце. В этой статье мы сосредоточимся на одном вопросе: почему красные джоули и джоули в ближнем инфракрасном диапазоне не взаимозаменяемы и почему «общая мощность» — неправильный способ сравнения многоволновых панелей.

Красный и ближний инфракрасный диапазоны не следует рассматривать как взаимозаменяемые инженерные параметры.

Красный свет и ближний инфракрасный свет часто воспринимаются как два одинаковых явления. Это не так. Это два разных инженерных параметра, которые, по совпадению, выдаются одним и тем же устройством.

Простейший способ это увидеть — посмотреть, куда на самом деле направляются фотоны.

Красный фотон с длиной волны около 660 нм сильно поглощается гемоглобином и верхними слоями кожи. Его энергия, как правило, более сконцентрирована в поверхностных слоях тканей — в диапазоне глубин, включающем дерму, выпуклость волосяного фолликула, мелкие кровеносные сосуды сосочкового сплетения и верхний край подкожной ткани. Красный цвет, с точки зрения физики, является входным сигналом для инженерии поверхностных тканей.

Фотон ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 810 или 850 нм находится в так называемом оптическом окне биологических тканей — диапазоне примерно от 650 до 1100 нм, где поглощение гемоглобином снижается, а поглощение водой еще не резко возрастает. Фотоны в этом окне проникают глубже. При длине волны 850 нм свет, как правило, оказывает более глубокое воздействие на ткани, чем видимый красный свет. Ближний инфракрасный свет является эффективным средством для тканевой инженерии на больших глубинах.

Приведенные описания глубины представляют собой упрощенные инженерные ориентиры, а не фиксированные биологические пороговые значения. Фактическое проникновение в ткани зависит от тона кожи, типа ткани, геометрии луча, условий контакта и метода измерения.

Это единственное различие влияет на все последующие этапы процесса. Панель, разработанная для воздействия на кожу, отличается от панели, разработанной для воздействия на более глубокие слои опорно-двигательного аппарата. У них разное соотношение светодиодов, разная конструкция драйверов, часто разный выбор линз — и для каждого диапазона требуются разные значения Дж/см². Выходная мощность устройства буквально не совпадает с количеством фотонов.

глубина проникновения красного и инфракрасного излучения

Показатель «суммарной дозы» усредняет эту разницу и нивелирует её.

Почему конкретная длина волны имеет значение на молекулярном уровне

Более глубокая причина, по которой красный и ближний инфракрасный свет не взаимозаменяемы, заключается в том, что молекулярная мишень внутри клетки — хромофор — поглощает свет неравномерно по всему спектру.

Наиболее изученным фотоакцептором, упоминаемым в исследованиях фотобиомодуляции, является цитохром-с-оксидаза , конечный фермент митохондриальной цепи переноса электронов. Его спектр поглощения не является плоским. Он имеет пики вблизи 620–680 нм, вблизи 760–830 нм и более широкую полосу, простирающуюся за пределы 900 нм. Именно эти пики объясняют, почему в литературе по фотобиомодуляции постоянно упоминаются определенные длины волн — 630, 660, 810, 830, 850 нм — вместо, скажем, 720 или 870 нм. Исследователи пришли к выводу, что молекула демонстрирует наиболее сильную реакцию на эти длины волн.

Существуют и другие хромофоры. Сама вода поглощает свет всё сильнее после 950 нм, с чётким пиком около 980 нм. Мембранные каналы и некоторые пигменты имеют свои собственные предпочтения. А растущий исследовательский интерес к диапазону 1060–1070 нм отчасти объясняется тем, что этот диапазон находится в относительно слабой зоне поглощения воды между сильным пиком поглощения воды на 980 нм и следующей полосой поглощения воды — «второе окно», где фотоны могут распространяться дальше, чем на длине волны 850 нм.

Практический вывод для проектирования продукции прост. Красный джоуль на длине волны 660 нм и ближний инфракрасный джоуль на длине волны 850 нм достигают разных мест в организме, взаимодействуют с разными молекулами по-разному и не создают одинакового оптического сигнала. Оба являются допустимыми исходными данными для исследований в области фотобиомодуляции и проектирования продукции. Они не являются взаимозаменяемыми.

В технической спецификации эти значения суммируются в одно число, что эквивалентно списку компонентов, в котором миллиграммы двух разных материалов складываются в один «общий вес» — величина, которая технически верна, но не полезна для серьезного сравнения продукции.

Четыре диапазона длин волн, которые действительно имеют значение.

Современные многоволновые панели представляют собой не случайные спектральные коктейли. Производители выбирают конкретные номера светодиодов по конкретным причинам. По сути, существует четыре области спектра, где сосредоточены коммерческие продукты для терапии красным светом, и каждая из них имеет свое инженерное обоснование.

620–680 нм — красный диапазон. Это видимая красная область спектра. Наиболее распространенные диапазоны — 630 нм и 660 нм. Свет поглощается гемоглобином и достигает дермы и непосредственно подкожных слоев. Это диапазон, наиболее часто упоминаемый в исследованиях поверхностной фотобиомодуляции (ФБМ) — исследование внешнего вида кожи, волосяных фолликулов и поверхностных тканей. Это также диапазон, который пользователь действительно видит , что имеет свою ценность: видимый красный цвет дает пользователю визуальное подтверждение того, что устройство включено и правильно направлено. Панель, которая поставляется без видимого красного цвета — только ближний инфракрасный диапазон (NIR) — кажется большинству пользователей неисправной, даже когда NIR действительно работает.

800–900 нм — основной диапазон ближнего инфракрасного излучения (NIR-1). 810, 830 и 850 нм доминируют в опубликованной литературе по фотобиомодуляции (ФБМ) для исследований глубоких тканей: исследования восстановления опорно-двигательного аппарата, транскраниальная ФБМ и исследования периферических нервов. 810 нм — длина волны, используемая в большинстве исследований транскраниальной ФБМ. 850 нм — основной выбор светодиодов для панелей, предназначенных для исследования всего тела и восстановления после спортивных нагрузок, поскольку высокоэффективные светодиоды с узким спектром излучения 850 нм широко доступны и хорошо отсортированы. Если на панели указано значение «ближний инфракрасный диапазон» без дополнительных уточнений, то этот диапазон почти всегда соответствует диапазону излучения фотонов.

930–950 нм — глубокий, но «водяной» диапазон. Светодиоды с длиной волны 940 нм существуют и иногда добавляются в многодиапазонные панели для расширения маркетинговой стратегии, но здесь действуют более сложные физические принципы. Водопоглощение приближается к своему пику на длине волны 980 нм, а это значит, что большая часть энергии поглощается поверхностно в виде тепла, а не достигает более глубоких слоев тканей. 940 нм — это оправданный выбор в некоторых конструкциях, но панель, которая выделяет значительную часть своего бюджета на 940 нм, делает необычное решение, которое должно быть подкреплено четким обоснованием.

1050–1070 нм — новая область исследований. Это область, вызывающая растущий исследовательский интерес, и именно здесь начинают проявляться различия в конструкции многоволновых панелей. Фотоны в диапазоне 1060–1070 нм находятся в относительно низкопоглощающей области и могут иметь иной профиль поглощения и проникновения, чем фотоны с длиной волны 850 нм. Исследователи, занимающиеся фотобиомодуляцией мозга, опубликовали работы, посвященные именно 1064 нм. Заявления о характеристиках продукции в этом диапазоне должны быть подтверждены измерениями, специфичными для конкретной длины волны, и данными, специфичными для конкретного применения. Инженерная сложность заключается в том, что светодиоды 1060–1070 нм дороже, имеют меньший диапазон биннинга и сложнее в характеризации — большинство недорогих спектрорадиометров не обеспечивают точных измерений за пределами 1000 нм. Панель, которая действительно обеспечивает выходной сигнал на длине волны 1060 нм, требует инженерных вложений, в отличие от типичной панели «660 + 850».

четырехволновых окрестностей

Эти четыре диапазона — это то, как проектируется надежная многоволновая панель: не «чем больше длин волн, тем лучше», а «этот диапазон для этой зоны глубины, этот диапазон для этого пика хромофора, это соотношение из-за предполагаемого сценария использования». Покупатель, читающий техническое описание, должен понимать замысел проекта. Техническое описание, в котором просто указано «многоволновая», без указания интенсивности излучения и дозы для каждого диапазона, скрывает, есть ли вообще какой-либо замысел.

Формула дозирования и то, как выглядит настоящий отчет.

Математика та же, что и при любых расчетах для одной полосы частот, только применяется она отдельно к каждой полосе:

Доза в полосе = E_полоса × t ÷ 1000

Где E_band — интенсивность излучения в мВт/см² для данного диапазона длин волн (красный, ближний инфракрасный-1, ближний инфракрасный-2 и т. д.), а t — продолжительность сеанса в секундах. Деление на 1000 — это коэффициент пересчета милливатт в ватты.

Если мощность красного излучения панели (мВт/см²) составляет 40 на расстоянии 15 см, а мощность ближнего инфракрасного излучения (мВт/см²) — 55, то за 600 секунд на кожу поступает 24 Дж/см² красного и 33 Дж/см² ближнего инфракрасного излучения . Каждое из этих чисел представляет собой дозу для соответствующего диапазона, и оба числа должны быть указаны в технической документации.

Для панелей, включающих третью или четвертую полосу — например, красную + 850 + 1060 — в отчете следует указать каждую из них. Форма повторяющаяся, но информативная:

отчет по формуле дозировки

Отчет в таком виде подлежит проверке. Покупатель может точно увидеть, сколько энергии поступает в каждую зону по глубине, и проверить, соответствует ли это соотношение заявленному сценарию использования панели. Отчет, в котором указано лишь "52 Дж/см² за 10 минут", представляет собой скорее слоган, чем техническую характеристику.

Для извлечения отдельных полос из спектрорадиометрической кривой более общая форма выглядит следующим образом:

E_band = ∫ E(λ) dλ

— Интегрировать спектральную освещенность по диапазону длин волн, определяющему полосу. Спектрорадиометры, такие как серия OHSP-350-IRF, могут экспортировать данные по нанометрам непосредственно в Excel, что позволяет серьезной лаборатории вычислять суммарные значения для красного (например, 620–680 нм), ближнего инфракрасного (NIR-1, 800–900 нм) и ближнего инфракрасного (NIR-2, 940–1070 нм) диапазонов на основе одного измерения. Именно такой уровень детализации должен ожидать покупатель, приобретающий продукцию под собственной торговой маркой или для клинического применения.

Три панели, одинаковое общее количество, три разных продукта

Вернитесь к трем панелям из начала видео. На всех трех указано суммарное значение 57 Дж/см² за 10 минут. Честная версия их технических характеристик выглядит так:

Покупатель спа-салона, которому нужна панель для облучения лица, а в итоге получает панель C, приобрел не тот продукт, независимо от того, насколько впечатляюще выглядела цифра "57 Дж/см²". Реабилитационная клиника, которая хочет обеспечить более глубокое облучение опорно-двигательного аппарата, а в итоге получает панель B, распределяет большую часть дозы по поверхностным слоям, оставляя целевую зону недооблученной. Оба покупателя будут считать, что панель "работает" — видимый красный цвет теплый и приятный, а любое светодиодное излучение вызывает определенный эффект у пользователя, — но ни один из них не будет соответствовать профилю распределения полос, необходимому для их реального применения.

Вот почему подход, основанный на показателе общей производительности, опасен. Он позволяет трем совершенно разным продуктам конкурировать по одному и тому же показателю и позволяет производителям избегать раскрытия инженерных решений, которые на самом деле определяют характеристики их панели.

Выбор соотношения полос: соответствие дизайна сценарию использования

Как только покупатель поймет, что соотношение имеет такое же значение, как и общий результат, следующий естественный вопрос будет: «Какое соотношение соответствует позиционированию продукта?» Честный ответ: это зависит от категории применения, и любой производитель, который утверждает, что одно соотношение является универсально наилучшим, продает свою продукцию.

Приведенные ниже соотношения являются ориентирами для позиционирования продукта, а не протоколами лечения. Они отражают основные направления опубликованных исследований, а не какие-либо отдельные исследования или клинические рекомендации:

• Кожа, волосы, мелкие морщины, расположение покраснений. Насыщенный красный цвет. Предполагаемая глубина экспозиции невелика; взаимодействие хромофоров, обсуждаемое в литературе по фотобиомодуляции, происходит в дерме и верхних подкожных слоях. Для этой категории характерны панели с соотношением красного и ближнего инфракрасного излучения от 1,5:1 до 2:1.
• Общее оздоровление, восстановление, комбинированное позиционирование. Примерно сбалансированное соотношение — от 1:1 до 1:1,5 — поскольку продукт позиционируется как в поверхностных, так и в более глубоких зонах воздействия. Это наиболее распространенная конфигурация потребительской панели.
• Позиционирование для восстановления после физических нагрузок, воздействия на суставы, глубокие слои мышц. С преобладанием ближнего инфракрасного излучения. Предполагаемое применение обычно связано с воздействием на более глубокие ткани, чем дерма. Панели этой категории часто имеют соотношение красного и ближнего инфракрасного излучения от 1:2 до 1:3 и могут добавлять третий диапазон NIR-2 для большей глубины проникновения.
• Устройства для транскраниальных/нейроисследований (не потребительские товары). В основном используется ближний инфракрасный диапазон, часто с центром на длине волны 810 нм, поскольку именно эта длина волны имеет наиболее обширную опубликованную базу исследований для фотобиомодуляции, проникающей через череп.
• Появление многоволновых конструкций. В некоторых новых продуктах к красному диапазону + 850 нм добавляется полоса 1060–1070 нм, специально для расширения зоны более глубокого облучения спектра при сохранении дозы облучения поверхности в разумных пределах. Именно здесь многодиапазонные панели начинают существенно отличаться от конструкций типа «больше светодиодов, та же длина волны».

Это ориентировочные значения для позиционирования продукта, а не протоколы. Суть в следующем: правильное соотношение — это дизайнерское решение, привязанное к конкретному варианту использования, и спецификация должна это отражать. Панель, предназначенная для лица и кожи, с соотношением красного и ближнего инфракрасного излучения 1:3, не соответствует заявленному назначению. Панель, предназначенная для восстановления после тренировок, с соотношением красного и ближнего инфракрасного излучения 2:1, представляет собой аналогичное несоответствие в обратном порядке.

Что спросить у поставщика о дизайне ремешков?

Покупатели, оценивающие многоволновую панель — будь то для клиники, запуска собственной торговой марки или серьезной личной покупки — могут сократить практически весь процесс обсуждения, задав всего пять вопросов. Компетентный поставщик отвечает на все пять вопросов, используя уже имеющуюся у него базу данных. Некомпетентный поставщик колеблется или импровизирует.

1. Каковы пиковые длины волн и полуширина каждой полосы? Не "красный и ближний инфракрасный" — а фактические номера компонентов светодиода или, как минимум, центроид и полная ширина на половине максимума каждой полосы излучения. Панель, заявляющая о "850 нм" с полушириной 30 нм, излучает фотоны с длиной волны 870 нм и фотоны с длиной волны 830 нм. Это не ошибка, но это должно быть указано на странице.

2. Какова интенсивность излучения каждой полосы в отдельности на указанном расстоянии тестирования? Суммарное значение "95 мВт/см²" является неполным. Для каждой полосы необходимо отдельное значение интенсивности излучения, измеренное в одинаковых условиях, на одной и той же сетке и после одинакового предварительного нагрева.

3. Какова доза каждого диапазона, рассчитанная для указанной продолжительности сеанса? Умножение интенсивности излучения диапазона на время должно дать значение Дж/см² для каждого диапазона. Перечислены все диапазоны. Сумма внизу указана в виде итоговой суммы, а не в виде основного значения.

4. Какова цель такого соотношения? Поставщик, который об этом подумал, скажет: «Мы разработали эту панель с преобладанием красного цвета, потому что основное назначение — кожа и поверхностные ткани» или «Мы сделали акцент на ближнем инфракрасном диапазоне, потому что это панель для восстановления и обработки более глубоких тканей». Поставщик, который не подумал об этом, даст уклончивый ответ. Оба ответа информативны.

5. Можно ли управлять полосами независимо? Многие современные панели предлагают режимы только красного, только ближнего инфракрасного и комбинированные режимы. Это важно, поскольку для некоторых категорий применений лучше всего подходит только красный (например, деликатное позиционирование лица) или только ближний инфракрасный (например, целенаправленное позиционирование в более глубоких тканях), а панель только с одним комбинированным режимом заставляет использовать один и тот же набор цветов во всех сеансах. Независимое управление увеличивает инженерные затраты, но расширяет диапазон применения панели.

Пять вопросов, и список потенциальных поставщиков автоматически фильтруется.

Итог

Суммарное число джоулей на многоволновой панели — это средняя тень спектра в одном измерении. Это действительное число, и сравнивать панели по нему нецелесообразно. Фотоны красного и ближнего инфракрасного диапазона проникают в тело на разной глубине, взаимодействуют с разными хромофорами и вносят различный вклад в оптические характеристики. Выбор в пользу большего количества красного, большего количества ближнего инфракрасного излучения или добавления полосы 1060 нм определяет панель как продукт. Скрытие этого выбора внутри суммы «общей выходной мощности» скрывает единственную важную характеристику, позволяющую подобрать устройство для его предполагаемой категории применения.

Решение этой проблемы несложное:

• Пиковая длина волны и ширина полосы пропускания для каждого типа светодиодов на плате.
• Значение интенсивности излучения для каждого диапазона, на указанном расстоянии, по указанной сетке, после указанного предварительного нагрева.
• Значение АДж/см² для каждой полосы при указанной продолжительности сеанса.
• Суммарное значение ниже показателей по каждому диапазону, а не вместо них.

Индустрия терапии красным светом, публикующая данные на таком уровне, конкурирует за счет инженерных решений. Индустрия, публикующая только общие показатели, конкурирует за счет маркетинга. В частности, успех или провал многоволновых панелей зависит именно от этого отличия — это продукты, для которых требуется раскрытие наибольшего объема информации, и именно в этих продуктах нечеткая информация наносит наибольший ущерб.

Для любого производителя продукции под собственной торговой маркой, клиники или покупателя, сравнивающего, казалось бы, эквивалентные панели: показатель в джоулях — это половина вопроса. Разбивка по полосам — другая половина. Запрашивайте и то, и другое.

Запросите у REDDOT LED отчет о дозе облучения с разбивкой по диапазонам для конфигураций длин волн красного, ближнего инфракрасного (NIR-1) и ближнего инфракрасного (NIR-2) диапазонов — с указанием интенсивности излучения в каждом диапазоне, плотности энергии в Дж/см² в каждом диапазоне и обоснованием выбранного соотношения.

Сопроводительные руководства

Вам также могут пригодиться следующие материалы:

• Что такое джоули в терапии красным светом? Почему доза важнее, чем ватты и количество светодиодов?
• Джоули против интенсивности излучения: почему мВт/см² — это только отправная точка, а не конечная доза терапии красным светом.
• Как рассчитать дозу терапии красным светом: практическое руководство от мВт/см² до Дж/см²
• Почему эффективность панелей для терапии красным светом не следует оценивать по мощности и количеству светодиодов.
• Почему расстояние тестирования и равномерность излучения влияют на дозу джоулей, получаемую устройствами для терапии красным светом?

Ссылки

• Митохондриальная сигнализация в клетках млекопитающих, активируемая красным и ближним инфракрасным излучением.
  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18651871/
• Ван Ю., Хуан Ю., Ван Ю., Лю П., Хамблин М.Р. Фотобиомодуляция (синий и зеленый свет) стимулирует остеобластическую дифференцировку стволовых клеток, полученных из жировой ткани человека. Scientific Reports, 2017.
  https://www.nature.com/articles/srep33719
• Хэмблин М.Р. Механизмы и области применения противовоспалительных эффектов фотобиомодуляции. AIMS Biophysics, 2017.
  https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5523874/
• Чун Х., Дай Т., Шарма С.К., Хуан Ю.Й., Кэрролл Дж.Д., Хэмблин М.Р. Основы низкоуровневой лазерной (световой) терапии. Анналы биомедицинской инженерии, 2012.
  https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3288797/
• Хуанг Ю.Й., Чен А.Х., Кэрролл Дж.Д., Хэмблин М.Р. Двухфазная зависимость доза-эффект при низкоинтенсивной светотерапии. Доза-эффект, 2009.
  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20011653/
• Салехпур Ф., Махмуди Дж., Камари Ф., Садиг-Этегад С., Раста С.Х., Хамблин М.Р. Фотобиомодуляционная терапия головного мозга: обзорная статья. Молекулярная нейробиология, 2018.
  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29327206/
• Эксперты по светотерапии. Гаджет за 2500 долларов, который я использую для тестирования устройств для терапии красным светом. 2025.
  https://www.lighttherapyinsiders.com/

Данная статья носит исключительно образовательный и инженерный характер и не является медицинской консультацией. Для получения информации о конкретных терапевтических применениях следует обратиться к опубликованной клинической литературе и квалифицированному медицинскому специалисту.

Для повторной публикации необходимо указать источник.