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J/cm²が測るものと、表せないもの

皮膚に到達する光についての正確な用語は、 入射放射露光量です。これは、照射中に累積した1平方センチメートルあたりの光エネルギーをジュールで表したものです。光生体調節（PBM）の論文では、しばしば「フルエンス」「エネルギー密度」「照射量」と呼ばれます。ここでのJ/cm²は、指定された表面での照射量を指し、その下にある標的が吸収したエネルギーを指すものではありません。 [1]

放射照度、つまり単位面積あたりに到達する光のパワーが一定の場合、計算式は次のとおりです。

放射露光量（J/cm²）= 放射照度（mW/cm²）× 照射時間（秒）÷ 1,000

出力が変化する場合、照射量は放射照度を時間にわたって累積した量になります。対象の時間区間を正確に表す場合には、時間平均の放射照度を使用できます。これは物理的な計算であり、生物学的反応の予測ではありません。 [1]

積は同じです。しかし、照射の強度と時間は異なり、この計算には波長の情報が含まれていません。その数値がビームの中心、面積平均、あるいは照射領域内のすべての点を表しているのかも分かりません。

比較では、次の3つを分けて問う必要があります。 計算した数値は同じか。光の照射条件は物理的に比較可能か。比較可能な臨床結果と安全性が実証されているか。最初の問いに答えても、残りの2つに答えたことにはなりません。物理的な条件がよく一致していても、目的とする結果と対象集団に関連するエビデンスが必要です。

強度と時間を別々に扱う必要がある理由

放射照度を増やし、それに比例して時間を短くしても生物学的効果が保たれるという考え方は、 照射の相反則と呼ばれます。算術的な一致は、生体組織でこの関係が成立することを示しません。放射測定のレビューでは、放射照度と時間を1つの照射量の数値に集約せず、個別に報告すべき理由が説明されています。 [1]

あるLEDの原著研究は、マウスの褥瘡モデルでこの問題を検討しました。その抄録では、指定されたエネルギー密度を目標にしながら放射照度と照射時間を変えると、光療法の結果が変化したと報告されています。この結果は、相反則が無条件に成り立つという仮定に疑問を投げかけます。人の顔の皮膚に用いる照射量を定めるものではなく、同じ照射量を持つあらゆるLEDプロトコルの組み合わせで結果が異なると証明するものでもありません。この記事では、研究方法の全体は確認していません。 [3]

したがって、適切な結論は限定的です。 同等性は、掛け算から推定するのではなく、該当する条件で検証する必要があります。 試験を読むときは、波長、放射照度、時間を別々の項目として記録してください。項目が欠けていることは比較上の限界であり、都合のよい数値を補ってよいという意味ではありません。

パルスと空間分布が比較を変える

ピーク放射照度は平均放射照度とは異なる

連続光源は照射中ずっと光を放出します。パルス光源は時間とともに出力が変化します。パルス周波数、パルス幅、形状、デューティ比は、その時間的な特性を記述します。デューティ比とは、各周期のうち光源がオンになっている時間の割合です。周波数だけでは波形全体を表せません。FDAの2023年1月のPBMガイダンス案には、複数のパルス記述項目と平均パワーが個別に挙げられています。これは米国の特定の医療機器申請に向けた法的拘束力のない案であり、消費者向けの施術基準ではありません。 [2]

パルス間の出力がゼロである理想的な矩形パルス列では、平均放射照度はパルスがオンのときの放射照度にデューティ比を掛けた値になります。たとえば、各パルス中が20 mW/cm²でデューティ比が50%なら、平均は10 mW/cm²です。600秒では6 J/cm²になります。これらは仮定の数値であり、計算を示すためのもので、安全または有効な設定を示すものではありません。 [1]

仕様に時間平均の放射照度がすでに記載されている場合、再びデューティ比を掛けると照射量を過小評価します。ピーク放射照度が記載されている場合、その数値を連続出力とみなして使うと、前述の理想的な仮定のもとでは過大評価します。どちらの数値が報告されているのか、波形をどのように測定したのかを確認してください。正しく計算した照射量が一致しても、パルス照射と連続照射のプロトコルで結果が同じであることは示せません。

面積平均は局所的な照射量の違いを隠すことがある

面積平均が同じ6 J/cm²である2つの仮想的な照射量マップを考えてみましょう。一方は全域で均一に6 J/cm²です。もう一方は半分に3 J/cm²、残り半分に9 J/cm²を届けます。平均は一致しますが、局所的な照射量は一致しません。これは数学的な例であり、これらの数値に利益や害を割り当てるものではありません。

光の届け方を記述する際には、ビームプロファイル、照射面積、測定の幾何学的条件が重要です。中心での測定だけでは、施術範囲全体が均一に照射されることを示せません。また、発光部の開口での測定を、異なる配置での皮膚上の測定の代わりにそのまま使うこともできません。放射測定のレビューでは、標的までの距離、幾何学的条件、空間的な測定がそれぞれ別の要件として扱われています。 [1]

顔のような曲面では、報告された照射量が、実際に想定された配置と範囲を記述しているかを確認してください。平らな測定面が顔のすべての凹凸を表すと考えたり、機器の裏付けとなる説明書なしに研究の数値を再現するために距離を変えたりしないでください。

表面のエネルギーは標的が吸収するエネルギーではない

皮膚表面は測定上の境界です。その境界に達した光は、その後、組織と相互作用します。散乱によって経路が変わり、吸収によって組織の構成成分へエネルギーが移ります。そのため、特定の標的に到達する量は、入射するJ/cm²とは別の問題です。組織の散乱と測定の幾何学的条件は、放射測定のレビューで論じられています。 [1]

組織内の発色団、つまり光を吸収する成分は、スペクトルの特定の部分と相互作用するため、波長が重要です。Hernández-Buleらは、皮膚科学のナラティブレビューで発色団と提案されているPBMのメカニズムを論じています。このメカニズムに関する議論は、特定されていないLED機器の臨床的利益を示すものではありません。 [4]

赤色光と近赤外光を組み合わせた照射では、スペクトルごとの内訳も必要です。仮に「合計6 J/cm²」といっても、1つの波長帯から6 J/cm²という意味の場合も、2つの波長帯からそれぞれ3 J/cm²という意味の場合もあります。これらは入射エネルギーの総量は同じですが、スペクトルの構成が異なります。LEDの個数や公称波長の一覧から、各波長帯が寄与するエネルギー量は分かりません。

ここでは、表面での測定値を顔の標的が吸収するエネルギーへ換算する吸収率は提示していません。そのような換算には、前提条件を明示した適切な組織モデルまたは測定が必要です。計算機も、提案されている細胞レベルのメカニズムも、このエビデンスの不足を埋めるものではありません。

研究の照射量をまねる前にプロトコルを確認する

次のチェックリストは、比較可能性を評価するために使い、施術を設計するためには使わないでください。JenkinsとCarrollの報告方法に関する論文は、波長、パワー、時間、標的でのビーム面積、パルスのパラメータ、解剖学的位置、施術日程を必要な記述項目として挙げています。閲覧可能な抄録はこの報告の枠組みを裏付けていますが、ここでは全文を確認していません。 [5]

このチェックリストは、照射条件の記述と結果のエビデンスを分けています。抄録は何が研究されたかを示していても、再現に十分な方法の情報を提供していない場合があります。同様に、技術的な項目が一致しても、ある結果についての研究が別の結果のエビデンスになるわけではありません。同等性を直接主張するには、適切な比較と解析が必要です。「統計的に有意な差がない」ことだけでは、同等性の証明になりません。

同等性を示せない、よくある短絡的な考え方

• 「強度を2倍にして、時間を半分にする」 これは一定出力という仮定のもとで、計算上の照射量を保ちます。生物学的な影響や安全性への影響を妥当とするものではありません。
• 「赤色の波長が同じなら、プロトコルも同じ」 時間、放射照度、スペクトル幅、パルス構造、照射の幾何学的条件を引き続き比較する必要があります。
• 「J/cm²を合わせれば、レーザーの研究をLEDマスクに適用できる」 単位が共通でも、光源と光の届け方の違いはなくならず、対象集団や結果との関連性も示せません。
• 「全コースを足し合わせ、総量を比較する」 累積値では、個々の照射のタイミングと間隔の情報が失われます。その数値だけで同等の施術計画を示すことはできません。 [1] [5]

よくある質問

2つの機器でJ/cm²が同じでも、総ジュール数は異なりますか？

はい。均一な照射の場合、入射エネルギーの総量は、放射露光量に照射面積を掛けた値になります。仮に6 J/cm²を10 cm²に照射すると60 J、100 cm²では600 Jです。これらは算術的な例であり、推奨する照射量ではありません。不均一な場では、総エネルギーの計算に面積全体の照射量を反映する必要があります。 [1]

電力のワット数から皮膚への照射量を計算できますか？

いいえ。電気入力は皮膚での光の放射照度ではありません。入射する照射量の計算には、適切な光学的測定と時間が必要です。光源の出力と標的での放射照度を区別することは、放射測定の報告において中心的な事項です。 [1]

単位が同じなら、LEDの照射をIPLやUVと比較できますか？

単位面積あたりのエネルギーという単位としてのみ比較できます。技術を置き換えて使えるという意味ではありません。スペクトル、時間的な光の届け方、意図する組織との相互作用が異なります。FDAのPBM案は、高出力レーザーやインテンス・パルス・ライト（IPL）を含む、組織を蒸散または凝固させる光機器を対象範囲から明確に区別しています。これらの処置、UV光療法、光線力学療法のプロトコルとして、LEDの照射量の数値を使用しないでください。 [2]

照射条件の記述を比較し、次にエビデンスを比較する

J/cm²は測定条件が明確なときに役立ちます。各パラメータを個別に保持し、測定されていない事項を確認し、比較として妥当そうであることと、同等性が実証されていることを区別してください。完全なプロトコルや対応する説明書がない場合、比較は不完全なままです。