Kurze Antwort: Für LED-Lichttherapie gibt es keinen Goldstandard, um die Intensität zu messen. Die Messmethoden und Rechenregeln stammen aus der Laserwelt, wo Licht kohärent und monochromatisch ist und Messgeräte verschiedener Marken nahezu dasselbe Ergebnis liefern. LED-Panels strahlen inkohärentes, polychromatisches Licht über eine große Fläche ab. Darauf passt diese Methode nicht. Zu diesem grundlegenden Problem kommen noch sechs praktische Messfehler, die die veröffentlichten Zahlen in der Regel um 40 bis 100 Prozent zu hoch machen.
Das grundlegende Problem: Laser ist nicht LED
Fast die gesamte Forschung, auf der die Rotlichttherapie aufbaut, wurde mit Lasern gemacht. Das ist kein Detail, denn Laserlicht hat Eigenschaften, die das Messen einfach machen.
Laserlicht ist kohärent: Die Wellen laufen im Gleichschritt. Es ist monochromatisch: in der Praxis eine Wellenlänge. Es kommt aus einem Punkt und geht in eine Richtung. Dadurch ist in der Laserwelt eine Messmethode entstanden, die so einheitlich ist, dass Messgeräte verschiedener Hersteller sehr ähnliche Ergebnisse liefern und man aus den Bauteilen des Lasers vorab berechnen kann, wie diese Werte ungefähr ausfallen werden. Das bedeutet ein Goldstandard: Alle messen dasselbe, auf dieselbe Weise, mit vergleichbaren Ergebnissen.
Ein LED-Panel ist das Gegenteil. Das Licht ist inkohärent, die Wellen laufen nicht im Gleichschritt. Es ist polychromatisch: mehrere Wellenlängen gleichzeitig, meist Rot und Nahinfrarot gemischt, jede mit eigener Streuung um die Spitze. Und es kommt nicht aus einem Punkt, sondern aus Hunderten LEDs, verteilt über eine Fläche, jede mit eigener Linse und eigener Richtung.
Als die LED-Lichttherapie aufkam, wurde kein neuer Messstandard entwickelt. Man nahm die Messgeräte, die zur Hand waren, und die liefern für diese Art von Licht nicht die richtigen Werte. Das ist bis heute so.
Rechts (RLT-LED-Panel): Ein komplexes Raster aus Hunderten LEDs sendet inkohärentes, gestreutes und sich überlappendes Licht aus. Mehrere billige Solarmeter sind verteilt und zeigen jeweils einen anderen, willkürlichen Wert. Das zeigt direkt, warum eine einzige Zahl irreführend ist.
Warum das bis in die Wissenschaft durchwirkt
Das Problem bleibt nicht bei den Herstellern. Forscher, die mit LED-Panels arbeiten, übernehmen diese Zahlen manchmal oder messen selbst, geben dann aber nicht an, mit welchem Messgerät, und auch nicht, ob es um eine Messung geht oder um den Durchschnitt vieler. Wer eine Studie liest, weiß also oft nicht, wie viel Energie tatsächlich verabreicht wurde.
Dazu kommt, dass die kursierenden Protokolle (so viel J/cm² für diese Beschwerde, so viele Minuten auf jenem Abstand) größtenteils aus der Laserforschung abgeleitet und dann auf LED-Geräte übertragen wurden. Zwei Arten von Licht, eine Rechenregel, und auf der LED-Seite eine Intensitätsangabe, deren Herkunft niemand prüfen kann.
Die Folge ist ein Wettbewerb statt einer Messung: Wer traut sich, die höchste Zahl auf die Verpackung zu schreiben? Solange niemand nachrechnen kann, gewinnt die höchste Zahl.
Auch beim Laser ist die Annahme nicht wasserdicht
Um fair zu bleiben: Selbst die Laserseite ist weniger exakt, als sie scheint. Forscher berechnen die Intensität eines Lasers meist, indem sie die Leistung durch die Fläche des Lichtflecks teilen. Ein Laser mit 5 mW und einem Fleck von 0,2 cm Durchmesser liefert dann 159 mW/cm². Diese Rechnung geht davon aus, dass der Fleck ein perfekter Kreis ist und das Licht darin gleichmäßig verteilt ist.
Beides stimmt meistens nicht. Laserstrahlen zeigen in der Regel eine Gaußverteilung: hell in der Mitte, schwächer zum Rand. Andere sind unregelmäßig, oval oder unförmig. Deshalb gibt es Strahlprofiler, Geräte, die das tatsächliche Strahlprofil erfassen. Eine Studie zu diesem Thema (Amaroli u.a., 2021) verglich ein Handstück mit flachem, gleichmäßigem Strahl mit den üblichen Gauß-Sonden und fand mit dem gleichmäßigen Strahl konsistentere Ergebnisse bei der mitochondrialen Aktivität.
Bei einem LED-Panel ist diese Verteilung noch um ein Vielfaches komplexer, denn dort sind es Hunderte Quellen auf einer breiten Fläche statt eines Strahls. Das macht es nicht unmessbar, aber es macht eine einzige Zahl als Zusammenfassung eines ganzen Panels irreführend.
Messfehler 1: das falsche Messgerät
Das Solarmeter
Das meistgenutzte Messgerät in dieser Branche ist ein billiges Solarmeter, gedacht für Sonnenlicht und Pflanzenlicht. So ein Gerät kostet zwanzig bis fünfzig Euro, zeigt W/m² an und nennt einen Messbereich von 400 bis 1100 nm. Auf dem Papier scheint das zu passen.
Das Problem liegt im Sensor. Fast alle diese Geräte nutzen eine Silizium-Fotodiode, und deren Empfindlichkeit ist nicht flach. Sie steigt stark Richtung Infrarot an, mit einer Spitze um 980 nm. Licht mit 850 nm erzeugt dadurch eine etwa doppelt so starke Reaktion wie Licht mit 500 nm. Das Gerät ist auf ein breites Spektrum kalibriert; richten Sie es auf schmalbandiges rotes oder nahinfrarotes Licht, zählt es strukturell zu viel.
Der Hersteller GembaRed hat das an eigenen Panels nachgemessen und das Ergebnis eines billigen Solarmeters neben das eines externen Labors gelegt, beide auf 15 cm:
| Panel | Solarmeter (mW/cm²) | Externes Labor (mW/cm²) | Abweichung |
|---|---|---|---|
| Nur 660 nm | 21 | 16 | +31% |
| Mit viel 830/850 nm | 11,3 | 6,0 | +88% |
| Mit viel 830/850 nm | 59,0 | 33 | +73% |
Das Muster folgt genau der Empfindlichkeitskurve. Ein Panel mit ausschließlich 660-nm-LEDs liegt niedrig auf dieser Kurve und weicht um 31 Prozent ab. Panels mit vielen 830- und 850-nm-LEDs liegen hoch auf der Kurve, und dort steigt die Abweichung auf fast das Doppelte.
Das ist kein Einwand einer einzelnen Partei. Es gibt dazu einen begutachteten Artikel von Hadis und Kollegen mit dem Titel The dark art of light measurement: accurate radiometry for low-level light therapy. Darin warnen die Autoren, dass Messungen mit Silizium-Fotodioden vorsichtig interpretiert werden müssen, gerade weil sich die spektrale Empfindlichkeit mit der Wellenlänge verändert und längere Wellenlängen dadurch überschätzt werden.
Das PAR-Messgerät
Manche Marken verwenden ein PAR-Messgerät. PAR steht für photosynthetically active radiation: ein Gerät für Pflanzenzüchter, das misst, welches Licht Pflanzen für die Photosynthese nutzen. Auch hier müssen die Einheiten noch in mW/cm² umgerechnet werden, und auch hier ist die spektrale Empfindlichkeit nicht flach. Es ist also derselbe Fehler wie beim Solarmeter, mit einem zusätzlichen Rechenschritt dazwischen.
Das Luxmeter
Ein Luxmeter misst die Beleuchtungsstärke: wie hell Licht für das menschliche Auge ist. Das ist etwas grundlegend anderes als Leistungsdichte. Zwischen Lux und W/m² gibt es keinen einheitlichen Umrechnungsfaktor: Für jede Wellenlänge gilt ein anderer, und umrechnen kann man nur, wenn man die spektrale Zusammensetzung des Lichts schon kennt. Ein Luxmeter ist für diese Anwendung also nicht wegen Ungenauigkeit ungeeignet, sondern grundsätzlich.
Dazu kommt, dass 850 nm für das Auge unsichtbar ist. Ein Luxmeter erfasst die Hälfte dessen, was so ein Panel tut, schlicht nicht.
Was funktioniert
Ein Spektroradiometer misst die Intensität für jede einzelne Wellenlänge und zählt sie zusammen. Damit verschwindet das Empfindlichkeitsproblem der Fotodiode. Auf diesem Messgerät beruhen ernsthafte Messungen, und es kostet schnell einige tausend Euro.
Ein Laserleistungsmessgerät nutzt dieselbe Silizium-Fotodiode, ist aber auf eine bestimmte Wellenlänge kalibriert und liefert einen Korrekturfaktor oder eine Einstellung pro Wellenlänge. Rechnen Sie die Messung aber um: Teilen Sie die abgelesene Leistung durch die Sensorfläche und wenden Sie den Korrekturfaktor an. GembaRed verglich drei bezahlbare Laserleistungsmessgeräte am selben Gerät und kam auf 13,8, 13,1 und 12 mW/cm², während das Labor 13 mW/cm² meldete. Ein Solarmeter am selben Gerät zeigte 25 mW/cm², fast das Doppelte.
Selbst ein Solarmeter kann brauchbar werden, wenn Sie es zuerst mit Labormessungen abgleichen und den daraus abgeleiteten Korrekturfaktor anwenden. Ohne diesen Schritt ist die Anzeige eine Rohzahl, die zufällig eine Einheit hat.
Wir müssen es noch einmal wiederholen: LED ist kein LASER, und die Zahlen sind das, was derzeit akzeptiert wird, weil spezialisierte Labore sie verwenden. In einem Gespräch mit Sven von Ophir Spiricon Europe GmbH, einem Spezialisten für optische Messtechnik, kamen wir zu dem Schluss, dass wahrscheinlich ein ganz anderer Typ Messgerät nötig ist, der schlicht nirgends verwendet wird.
Ein aufschlussreicher Test zum Schluss: Die Zahl veröffentlichter Photobiomodulationsstudien, die ein Solarmeter oder PAR-Messgerät zur Dosisbestimmung verwenden, ist null. Das liegt daran, dass viele Studien die Daten vom Hersteller übernehmen, der nicht sagt, dass seine Werte mit diesem Messgerät zustande gekommen sind.
Messfehler 2: ein Messabstand, der nicht angegeben wird
Licht wird mit dem Abstand schnell schwächer. Eine Intensitätsangabe ohne Messabstand ist deshalb unbrauchbar, und zwei Zahlen, die auf verschiedenen Abständen entstanden sind, lassen sich nicht miteinander vergleichen.
Dabei geht es um große Unterschiede. Die Intensität nimmt schon über eine Handvoll Zentimeter sichtbar ab, und zwischen zwei üblichen Nutzungsabständen kann leicht ein Faktor liegen. Eine Zahl, die auf 15 cm gemessen wurde, und eine, die auf 40 cm gemessen wurde, können also vom selben Panel stammen und trotzdem ein ganz anderes Bild geben.
Faustregel: Nennt eine Marke den Messabstand nicht, fragen Sie danach. Ohne diesen Abstand lässt sich die Zahl nicht einordnen und nicht neben die einer anderen Marke legen.
Messfehler 3: Messen an einer kalten Lampe
LEDs geben mehr Licht, wenn sie kalt sind. Sobald LEDs und Treiber auf Temperatur kommen, sinkt die Leistung um etwa 10 bis 20 Prozent. Wer direkt nach dem Einschalten misst, hält einen Wert fest, den das Gerät während einer Sitzung von zehn bis zwanzig Minuten nie erreicht. Gemessen werden sollte, wenn das Gerät im thermischen Gleichgewicht ist, in der Regel nach einer Viertelstunde.
Nicht nur die Lichtmenge ändert sich beim Aufwärmen. Auch die Wellenlängenspitze kann sich während einer Sitzung verschieben, was bedeutet, dass ein Panel, das kalt sauber bei 660 nm liegt, warm woanders landen kann.
Messfehler 4: eine Zahl für eine ganze Fläche
Ein Panel leuchtet nicht überall gleich hell. In der Mitte liegt ein Hotspot; zu den Rändern hin fällt die Intensität ab. Eine Messung in der Mitte ist also der günstigste Punkt des Produkts, nicht das, was auf einem Körper ankommt.
Wie stark das verläuft, zeigt ein Iso-Bestrahlungsstärke-Diagramm: eine Art Höhenkarte, aber für die Lichtintensität. Eine solche Analyse eines Panels auf 15 cm Abstand ergab folgendes Bild:
| Position | Intensität |
|---|---|
| Mitte des Panels (Maximum) | 47 mW/cm² |
| Durchschnitt in der Mittelzone | 40 mW/cm² |
| Rand des Panels | 20 mW/cm² |
| Knapp außerhalb des Panels | 10 mW/cm² |
| Etwas weiter draußen | 5 mW/cm² |
| Äußerste Grenze | 1 mW/cm² |
Am Rand des Panels ist die Intensität also teils schon mehr als halbiert im Vergleich zur Mitte. Wer nur das Maximum veröffentlicht, veröffentlicht einen Wert, der an den meisten Stellen Ihres Körpers nicht ankommt.
Gemessen werden sollte deshalb an mehreren Punkten, und das Ergebnis gehört als mindestens zwei Zahlen veröffentlicht: der Flächendurchschnitt und der Randwert, oder ein Gleichmäßigkeitsverhältnis. Messraster reichen von einem Fünfpunkt-Kreuzmuster bis zu einem 49-Punkt-Raster von 7 mal 7 Punkten; je feinmaschiger, desto ehrlicher das Bild.
Messfehler 5: Linsenwinkel als Abstrahlwinkel verkauft
Dieser Punkt betrifft direkt die angegebene Behandlungsfläche und wird selten erwähnt.
Der Linsenwinkel ist der Winkel der kleinen Linse über einer einzelnen LED: 30, 60 oder 90 Grad. Der Abstrahlwinkel des ganzen Panels ist etwas anderes: Er ergibt sich aus allen LEDs zusammen, ihrem Abstand zueinander, ihren Linsen und der Art, wie all dieses Licht zusammenkommt. Die beiden sind nicht austauschbar und können weit auseinanderliegen. Bei Panels mit 60-Grad-Linsen maß ein externes Labor einen Abstrahlwinkel des ganzen Panels von nur 20 Grad.
Wer den Linsenwinkel nutzt, um die Abdeckungsfläche zu berechnen, kommt deshalb auf viel zu große Flächen. So entstehen Angaben, nach denen ein ein Meter hohes Panel auf 45 cm Abstand eine Fläche von fast zwei Metern beleuchten soll, und zwar überall mit der angegebenen Intensität. Käufer merken dann, dass sie zusätzliche Panels für die Abdeckung brauchen, die ein Panel versprochen hat.
Messfehler 6: Wattzahl statt Licht
Die addierte Leistung der verbauten LEDs oder der Verbrauch aus der Steckdose ist keine Lichtmessung. Sie sagt, wie viel Strom hineingeht, nicht wie viel nutzbares Licht herauskommt. Dieser Unterschied hängt von Wirkungsgrad, Optik und Wärmemanagement ab.
Achten Sie auch auf den Unterschied zwischen der Nennwattzahl einer LED und der Leistung, mit der sie tatsächlich betrieben wird. Eine LED, die als 5 Watt verkauft wird, läuft in einem Panel oft nur mit einem Bruchteil davon, sonst wird sie zu heiß. Eine hohe Wärmeabgabe eines Panels ist vor diesem Hintergrund kein Zeichen von Kraft, sondern von Verschwendung.
Bestrahlungsstärke ist übrigens auch nicht dasselbe wie die gesamte optische Leistung. Die Bestrahlungsstärke sagt, wie viel Licht auf einen Quadratzentimeter fällt; die gesamte Strahlungsleistung sagt, wie viel Licht das Gerät in alle Richtungen erzeugt, gemessen in einer Ulbrichtkugel. Ein kleines Gerät mit schmalem Strahl kann eine hohe Bestrahlungsstärke erreichen und trotzdem wenig Gesamtleistung liefern.
Die Fehler addieren sich
Diese Entscheidungen schließen sich nicht aus. Eine Marke kann mit einem Solarmeter, ohne Angabe des Abstands, an einer kalten Lampe, in der Mitte messen und das Ergebnis mit einer Abdeckungsfläche präsentieren, die auf dem Linsenwinkel beruht. Jeder dieser Schritte ist für sich schon Dutzende Prozent wert.
| Messentscheidung | Wirkung auf die Zahl | Wie es sein sollte |
|---|---|---|
| Solarmeter oder PAR-Messgerät | Stark erhöhend, vor allem bei Nahinfrarot; bis zu +88 % gemessen | Spektroradiometer oder ein auf die Wellenlänge kalibriertes Messgerät mit Korrekturfaktor |
| Luxmeter | Grundsätzlich unbrauchbar; 850 nm wird nicht erfasst | Radiometrische Messung, keine photometrische |
| Messabstand nicht angegeben | Macht die Zahl mit der einer anderen Marke unvergleichbar | Den Messabstand immer zusammen mit der Zahl veröffentlichen |
| Kalte Lampe | +10 bis 20 %, plus mögliche Wellenlängenverschiebung | Mindestens 15 Minuten Aufwärmen bis zum thermischen Gleichgewicht |
| Nur der Hotspot | Rand liegt grob die Hälfte niedriger als die Mitte | Mehrpunktraster; Durchschnitt und Randwert veröffentlichen |
| Linsenwinkel als Abstrahlwinkel | Abdeckungsfläche deutlich überschätzt | Abstrahlwinkel des ganzen Panels messen lassen |
| Wattzahl als Lichtmaß | Sagt nichts über die optische Leistung | Gesamte Strahlungsleistung in einer Ulbrichtkugel messen |
Was Sie selbst prüfen können
Ohne Labor erkennen Sie die klaren Fälle trotzdem.
- Gleichmäßigkeit mit bloßem Auge. Schalten Sie das Panel in einem dunklen Raum ein und schauen Sie aus ein paar Metern Entfernung. Zählen Sie tote oder schwächere LEDs und achten Sie auf Flächen, die insgesamt dunkler sind. Farbunterschiede zwischen den roten LEDs deuten auf eine schlechte Auswahl der LEDs hin.
- Infrarot mit der Handykamera sichtbar machen. Die meisten Handykameras sind bis etwa 1000 nm empfindlich, also erscheinen 850-nm-LEDs auf Ihrem Bildschirm als violette oder weiße Pünktchen, während Sie sie mit bloßem Auge nicht sehen. So prüfen Sie, ob die Infrarot-LEDs wirklich leuchten. Manche neueren Handys haben einen stärkeren Infrarotfilter, probieren Sie also notfalls ein zweites Gerät.
- Flimmern mit Video aufspüren. Richten Sie die Kamera auf das Panel und schauen Sie auf den Bildschirm statt auf die Lampe. Laufende waagerechte Streifen deuten auf Flimmern durch einen billigen Treiber hin. Zeitlupe macht es deutlicher.
- Farbe der roten LEDs. Orangerot deutet auf eine niedrigere Wellenlänge als beworben hin; Tiefrot ist, was Sie bei 660 nm erwarten. Grob, aber genug, um LEDs herauszufinden, die deutlich danebenliegen.
- Ein billiges Messgerät als Vergleich mit sich selbst. Genau das Instrument, das dieser Artikel kritisiert, können Sie sinnvoll nutzen, solange Sie den absoluten Wert ignorieren. Messen Sie auf einem festen Abstand, halten Sie das als Nullmessung fest und wiederholen Sie es jedes halbe Jahr. Fällt der Wert deutlich, altern Ihre LEDs. Das Kalibrierungsproblem hebt sich dann gegen sich selbst auf.
Zusammengefasst
Das Kernproblem ist nicht, dass schlecht gemessen wird, sondern dass es keine Vereinbarung darüber gibt, wie gemessen werden soll. Die Laserwelt hat diese Vereinbarung; die LED-Welt hat sie nie getroffen und wendet inzwischen die Rechenregeln der Laserwelt auf Licht an, das grundlegend anders ist. Solange das so bleibt, sind die Zahlen auf der Verpackung untereinander nicht vergleichbar, und die darauf aufbauenden Protokolle sind nicht stabiler als ihre schwächste Annahme.
Wissenschaftliche Quellen
- Hadis u.a., The dark art of light measurement: accurate radiometry for low-level light therapy, Lasers in Medical Science
- Amaroli u.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
- Akkreditierte Labore, die diese Art von Messungen durchführen: LightLab International, Laser Compliance, UL und Intertek
