PBM พัลส์ vs คลื่นต่อเนื่อง: เวลาเป็นตัวแปรของโดส

คำตอบสั้น ๆ: คลื่นต่อเนื่อง (CW) ส่งโฟตอนออกมาอย่างสม่ำเสมอ ส่วนคลื่นพัลส์ (PW) ส่งพลังงานเท่ากันออกมาเป็นชุดพัลส์ ความต่างนั้นเพิ่มความถี่ ความกว้างพัลส์ รอบการทำงาน และกำลังพีคเข้าไปในโดส และในการทดลองที่ปรับพลังงานให้เท่ากัน พารามิเตอร์ที่เพิ่มเข้ามาเหล่านี้ทำให้ผลลัพธ์ระดับเซลล์เปลี่ยนไปได้ทั้งสองทิศทาง PBM แบบพัลส์จึงอยู่บนแกนที่สองของโดส เคียงข้างแกนที่คนส่วนใหญ่วัดกันอยู่แล้ว

เครื่องสองเครื่องวางอยู่บนโต๊ะทดลอง ทั้งคู่ปล่อยแสงที่ 808 nm ทั้งคู่ระบุสเปกไว้ที่ 10 J/cm² และทั้งคู่มีตัวเลขกำลังไฟเดียวกันบนตัวเครื่อง คุณรันทั้งสองเครื่องบนเซลล์ไลน์เดียวกันด้วยเวลาทรีตเท่ากัน แล้วค่าที่อ่านได้จาก ATP ก็ไม่ตรงกัน

คำถามเรื่องการยิงเป็นพัลส์ไม่ใช่เรื่องแปลกใหม่ IPL ย่อมาจาก intense pulsed light เครื่องกำจัดขนทุกเครื่องที่ออกจากสายการผลิตของเว็บไซต์นี้จึงขึ้นอยู่กับคำตัดสินว่าแสงจะถูกตัดเป็นชุดพัลส์อย่างไร และพารามิเตอร์ที่อยู่เบื้องหลังคำตัดสินนั้นแทบไม่เคยปรากฏบนสเปกชีต สำหรับเวอร์ชันที่เล่าให้ผู้ใช้ทั่วไปเข้าใจว่าแสงนั้นทำงานอย่างไร ดูได้ที่ IPL กำจัดขนคืออะไรกันแน่

ไม่มีข้อความใดในคำอธิบายโดสหนึ่งบรรทัดนั้นที่บอกได้ว่าผลจะออกไปทางไหน เพราะคำอธิบายนั้นไม่เคยครบถ้วน ฟลูเอนซ์บอกว่ามีพลังงานมาถึงต่อพื้นที่หนึ่งหน่วยเท่าไร แต่ไม่ได้บอกว่าพลังงานนั้นมาเป็นลำแสงต่อเนื่องหรือมาเป็นชุดพัลส์ และไม่ได้บอกว่าชุดพัลส์เหล่านั้นถูกปั้นให้เป็นรูปอย่างไร

อะไรเปลี่ยนไปจริง ๆ เมื่อแสงถูกตัดเป็นพัลส์

CW หมายถึงตัวปล่อยแสงเปิดอยู่ตลอดเวลาที่ทรีต PW หมายถึงมันเปิดและปิดตามรอบที่กำหนดไว้ จึงมีพารามิเตอร์ใหม่สี่ตัวเข้ามาในสเปก:

พารามิเตอร์	สิ่งที่ควบคุม
ความถี่	จำนวนพัลส์ที่เกิดขึ้นต่อวินาที
ความกว้างพัลส์	ระยะเวลาที่พัลส์แต่ละลูกคงอยู่
รอบการทำงาน	สัดส่วนของแต่ละรอบที่ตัวปล่อยแสงเปิดจริง
กำลังพีค	กำลังขณะที่พัลส์เปิดอยู่
กำลังเฉลี่ย	กำลังที่เฉลี่ยตลอดทั้งรอบ รวมช่วงที่ปิดอยู่

กำลังเฉลี่ยและกำลังพีคสัมพันธ์กัน ถ้าพัลส์มีรูปใกล้เคียงสี่เหลี่ยม:

กำลังเฉลี่ย ≈ กำลังพีค × รอบการทำงาน

พัลส์ที่กำลังพีค 100 mW ที่รอบการทำงาน 10% จะเฉลี่ยได้ 10 mW ตัวปล่อยแสงต่อเนื่องที่รันที่ 10 mW ก็เฉลี่ยได้ 10 mW เช่นกัน ตัวเลขบนดาต้าชีตเท่ากัน แต่สิ่งเร้าที่เนื้อเยื่อได้รับต่างกันโดยสิ้นเชิง

คณิตศาสตร์ตรงนี้คือเหตุผลที่คำว่า “100 mW” อธิบายโปรโตคอลแบบพัลส์ไม่ได้ด้วยตัวเอง เครื่องสองเครื่องพิมพ์ตัวเลขเดียวกันได้ แต่ส่งกำลังพีคออกมาต่างกันเป็นสิบเท่า เครื่องหนึ่งส่งอัตราฟลูเอนซ์แบบต่อเนื่องที่นุ่มนวล อีกเครื่องส่งพัลส์สั้น ๆ ที่เข้มข้น คั่นด้วยช่วงมืด และกำลังเฉลี่ยก็กลบเรื่องนั้นไว้ เราชนช่องว่างการรายงานแบบเดียวกันจากอีกด้านหนึ่ง เมื่อเราเอาเครื่อง IPL สำหรับผู้ใช้ทั่วไปไปวัดกับเครื่องวัดกำลังไฟ และวัดว่าเลขบนฉลากส่งออกมาจริงเท่าไร: 28 จูลมาจากไหน

พัลส์ไม่ได้แปลว่าเย็น

ข้อโต้แย้งตามสัญชาตญาณที่สนับสนุนการยิงเป็นพัลส์คือเรื่องความร้อน การยิงเป็นพัลส์สร้างช่วงเว้น ช่วงเว้นเปิดทางให้ความร้อนแพร่ออกไป และการแพร่นั้นจำกัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เหตุผลนี้ฟังดูสมเหตุสมผลเท่าที่มันไปได้ แต่ก็ไถลไปสู่ข้ออ้างที่ตั้งอยู่ไม่ได้

การยิงเป็นพัลส์ไม่ใช่การไม่มีความร้อน PBM มักถูกอธิบายว่าไม่ใช้ความร้อนหรือใช้ความร้อนต่ำ และคำอธิบายนั้นพูดถึงภาวะที่ตั้งใจให้เป็น ไม่ใช่การรับประกันเกี่ยวกับเนื้อเยื่อ โฟตอนที่ถูกดูดซับจะกลายเป็นความร้อน และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับกำลังเฉลี่ย รอบการทำงาน ความกว้างพัลส์ เวลาทรีตทั้งหมด พื้นที่สปอต และคุณสมบัติทางความร้อนของเนื้อเยื่อแต่ละชนิด บนเครื่องกำจัดขน นี่คือเหตุผลที่การทำความเย็นสัมผัสด้วยไพลินมีอยู่ และเป็นเหตุผลที่ชุดระบายความร้อนสำคัญกว่าค่าอัตราแฟลชบนกล่อง: การทำความเย็นไพลินทำอะไรจริง ๆ

การตั้งประโยคให้ดีกว่าคือ: การเปลี่ยนการกระจายเชิงเวลาของการส่งโฟตอนเปลี่ยนวิธีที่ความร้อนสะสม นั่นเป็นข้ออ้างที่ทดสอบได้ ส่วน “แสงพัลส์ไม่ร้อน” เป็นข้ออ้างที่ทดสอบไม่ได้ และโปรโตคอลแบบพัลส์ที่กำลังพีคสูงพร้อมเวลาทรีตยาวนานสามารถสะสมความร้อนได้มากกว่าโปรโตคอล CW ที่พอประมาณ

ความถี่ปรากฏให้เห็นในข้อมูลระดับเซลล์

ถ้าบทบาทเดียวของการยิงเป็นพัลส์คือการจัดการความร้อน เรื่องนี้ก็จะเป็นหัวข้อวิศวกรรมความร้อนเท่านั้น การทดลองกับเซลล์ชี้ไปที่อื่น

Kim และคณะเปรียบเทียบ 810 nm แบบต่อเนื่องกับ 810 nm แบบพัลส์ที่หลายความถี่ในสเต็มเซลล์จากเนื้อเยื่อโพรงฟันของมนุษย์ ภายใต้เงื่อนไขการทดลองของพวกเขา ความถี่มีผล: ความถี่พัลส์ที่ต่างกันให้การตอบสนองเชิงชีวพลังงานที่ต่างกัน โดยกลุ่มที่ยิงเป็นพัลส์แยกออกจากกลุ่มต่อเนื่อง แทนที่จะเป็นแค่การขยายผลขึ้น กลุ่มที่ใช้ 300 Hz แสดงการเปลี่ยนแปลงที่ชัดกว่าในอนุพันธ์ของออกซิเจนที่ว่องไว (ROS) และในเครื่องหมายทางชีววิทยาอื่นอีกหลายตัว

ผลที่ควรจดจำต่อไปคือ: เมื่อพลังงานถูกตรึงไว้ให้เกือบคงที่ การเปลี่ยนความถี่พัลส์เปลี่ยนการตอบสนองทางชีววิทยาอย่างวัดได้ นั่นทำให้ความถี่เข้าไปอยู่ในชุดพารามิเตอร์ของ PBM ในฐานะตัวแปรอิสระที่เป็นไปได้ ยืนเคียงข้างความยาวคลื่นและฟลูเอนซ์ ไม่ใช่ถูกวางไว้ข้างหลังในฐานะการตั้งค่าของเครื่อง

รอบการทำงาน: กำลังเฉลี่ยเท่ากัน แต่ชั่วขณะไม่เหมือนกัน

นี่คือพารามิเตอร์ที่ถูกข้ามบ่อยที่สุด

ลองดูโปรโตคอลสองแบบที่เฉลี่ย 10 mW ทั้งคู่ โปรโตคอล A เป็นแบบต่อเนื่องที่ 10 mW โปรโตคอล B เป็น 100 mW พีคที่รอบการทำงาน 10% เมื่อรายงานเป็นกำลังเฉลี่ย ทั้งคู่เหมือนกันทุกประการ แต่ในชั่วขณะที่กระตุ้น ทั้งคู่ไม่เหมือนกันเลย โปรโตคอล B รวมพลังงานเท่ากันนั้นไว้ในช่วงสั้น ๆ ที่แอมพลิจูดสูง แล้วดับไป

Tang และคณะทดสอบแสงสีแดงและอินฟราเรดใกล้ที่ 660 nm และ 850 nm กับเซลล์นิวโรบลาสโตมา ที่ความถี่พัลส์และรอบการทำงานหลากหลายค่า เทียบกับการรับแสงแบบต่อเนื่อง การมีชีวิตของเซลล์ ATP ROS และศักย์เยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียล้วนไวต่อความถี่พัลส์ และการเปลี่ยนรอบการทำงานที่ความถี่คงที่ก็ขยับเครื่องหมายเหล่านั้นอีกครั้ง

อ่านผลนี้ว่าเป็นข้อจำกัดของการตีความ เมื่อบทความรายงานว่า “850 nm, 10 mW/cm²” คำถามต่อไปคือตัวเลขนั้นคือความเข้มแสงแบบต่อเนื่อง หรือเป็นค่าเฉลี่ยตลอดชุดพัลส์ ถ้าเป็นค่าเฉลี่ย ผลลัพธ์นั้นทำซ้ำไม่ได้หากไม่มีกำลังพีค ความถี่ รอบการทำงาน และความกว้างพัลส์ สี่ตัวเลข ไม่ใช่ตัวเดียว

กำลังพีคที่สูงขึ้นไม่ได้ซื้อความลึกในการทะลุถึง

สายเหตุผลเป็นแบบนี้: การยิงเป็นพัลส์ดันกำลังพีคให้สูงขึ้น กำลังสูงขึ้นหมายถึงแสงแรงขึ้น แสงแรงขึ้นทะลุได้ลึกขึ้น ดังนั้น PBM แบบพัลส์จึงรักษาเนื้อเยื่อที่ลึกกว่า แต่ละขั้นฟังดูน่าเชื่อ สายโซ่ขาดที่ข้อต่อที่สอง

การเดินทางของแสงในเนื้อเยื่อถูกกำหนดโดยการดูดซับและการกระเจิงที่ความยาวคลื่นที่ใช้ องค์ประกอบของเนื้อเยื่อในเส้นทางที่แสงผ่าน และรูปทรงของลำแสง การส่งพลังงานรวมเท่ากันในพัลส์ที่สั้นลงดันกำลังชั่วขณะที่ผิวให้สูงขึ้น โดยไม่เปลี่ยนคุณสมบัติทางแสงของสิ่งที่อยู่ใต้ลงไป กำลังพีคไม่ใช่ตัวแทนของความลึกในการทะลุ ความยาวคลื่นคือตัวแปรที่ขยับความลึกได้จริง นั่นคือเหตุผลว่าความต่างระหว่างช่วง 510–1200 nm กับช่วง 610–1200 nm ไม่ใช่เรื่องผิวเผิน: ช่วงความยาวคลื่นเปลี่ยนอะไรที่ไปถึงรูขุมขน

Ando และคณะเปรียบเทียบ 810 nm แบบต่อเนื่องกับ 810 nm แบบพัลส์ที่ 10 Hz และ 100 Hz ในแบบจำลองการบาดเจ็บสมองจากอุบัติเหตุของหนู โดยตรึงความหนาแน่นกำลังเฉลี่ย เวลาทรีต และความหนาแน่นพลังงานให้เท่ากันในทุกกลุ่ม กลุ่มที่ยิงพัลส์ 10 Hz ให้ผลดีกว่าในตัวชี้วัดทางระบบประสาทและทางจุลกายวิภาคบางตัว น่าสังเกตว่าการดีขึ้นนั้นไม่ต้องอาศัยเรื่องราวความลึกในการทะลุมาอธิบาย เมื่อความหนาแน่นกำลังเฉลี่ยเท่ากัน กลุ่มที่ยิงเป็นพัลส์ไม่ได้ส่งแสงเข้าไปในเนื้อเยื่อมากกว่าในความหมายง่าย ๆ ใด ๆ บางอย่างในโครงสร้างเชิงเวลานั้นเปลี่ยนการตอบสนอง

ตรงไหนที่คลื่นต่อเนื่องชนะ

นี่คือส่วนที่มักถูกตัดออกจากบทสรุปที่โฟกัสเรื่องพัลส์

Khalaj และคณะเปรียบเทียบอินฟราเรดใกล้แบบ CW กับอินฟราเรดใกล้แบบพัลส์ในไฟโบรบลาสต์เหงือกของมนุษย์ และพบว่าแบบคลื่นต่อเนื่องได้ผลกว่าในการเพิ่มจำนวนและการเคลื่อนย้ายของเซลล์ที่เงื่อนไข 5.2 J/cm² ที่ระบุไว้ นั่นเป็นผลในหลอดทดลองภายใต้พารามิเตอร์ของพวกเขา และยังเป็นตัวอย่างโต้แย้งโดยตรงต่อข้ออ้างเหมารวมว่าแบบพัลส์ชนะแบบต่อเนื่อง

Keshri และคณะทำงานกับหนูที่ถูกกดภูมิคุ้มกันซึ่งมีแผลที่ผิวหนัง พบว่าพารามิเตอร์ 810 nm แบบพัลส์ชุดหนึ่งปรับปรุงผลการหายของแผลได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับกลุ่มเปรียบเทียบ เมื่อนำมาวางข้างผลการทดลองกับไฟโบรบลาสต์ บทสรุปที่ซื่อตรงคือ วรรณกรรมมีกรณีที่แบบพัลส์ชนะและกรณีที่แบบต่อเนื่องชนะ

ทำไมความยาวคลื่นเดียวกันถึงให้คำตอบต่างกันเรื่อย ๆ

PBM ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์มาก จนแทบไม่มีวิธีการรักษาชนิดไหนเทียบได้ สลับตัวแปรตัวเดียวแล้วผลลัพธ์อาจพลิกกลับ ที่ 808 nm คงที่ คุณยังเปลี่ยนความเข้มแสง (ต่ำกับสูง) เวลาทรีต ความหนาแน่นพลังงาน โหมด ความถี่พัลส์ และรอบการทำงานได้ แม้ที่พลังงานรวมเท่ากัน 10 J ที่ส่งแบบต่อเนื่องกับ 10 J ที่ส่งเป็นชุดพัลส์ก็ไม่ใช่สิ่งเร้าเดียวกัน

นั่นคือพฤติกรรมสองทิศทางแบบเดียวกับที่วรรณกรรม PBM บันทึกไว้สำหรับตัวโดสเอง (Huang et al., 2009) เพียงแต่ขยายลึกลงไปอีกหนึ่งชั้น การตอบสนองต่อโดสแบบสองทิศทางบอกว่าพลังงานที่มากขึ้นไม่ได้ดีขึ้นแบบเป็นเส้นตรงเสมอ วรรณกรรมเรื่องพัลส์เพิ่มเติมว่า ตารางเวลา ของการส่งพลังงานก็บรรจุข้อมูลเช่นกัน

เมื่อรวมกัน โดสจึงเป็นอย่างน้อยสองชั้นที่ซ้อนกัน:

• ชั้นเชิงพื้นที่และเชิงพลังงาน: ความยาวคลื่น ขนาดสปอต ความเข้มแสง ฟลูเอนซ์
• ชั้นเชิงเวลา: ความถี่ ความกว้างพัลส์ รอบการทำงาน กำลังพีค กำลังเฉลี่ย เวลาทรีต

ชุดพารามิเตอร์ PBM ที่ครบถ้วนหน้าตาเป็นอย่างไร

ถ้าคุณกำลังเปรียบเทียบงานวิจัยสองชิ้นหรือเครื่องสองเครื่อง นี่คือขั้นต่ำที่ต้องตรงกันก่อนการเปรียบเทียบจะมีความหมาย

พารามิเตอร์	ทำไมจึงต้องมี
ความยาวคลื่น	กำหนดพฤติกรรมการดูดซับและการกระเจิง
กำลังเอาต์พุต	ฐานตั้งต้นของทุกอย่างที่ตามมา
ความเข้มแสง	กำหนดอัตราฟลูเอนซ์ที่ผิว
ฟลูเอนซ์	พลังงานรวมต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย
ขนาดสปอต	รูปทรงของลำแสงและพื้นที่ที่ได้รับแสง
ความถี่	จำนวนพัลส์ต่อวินาที ถ้าเป็นแบบพัลส์
รอบการทำงาน	สัดส่วนของแต่ละรอบที่ตัวปล่อยแสงเปิด ถ้าเป็นแบบพัลส์
ความกว้างพัลส์	ระยะเวลาของพัลส์เดี่ยวหนึ่งลูก ถ้าเป็นแบบพัลส์
เวลาทรีต	ระยะเวลาของหนึ่งเซสชัน
จำนวนเซสชัน	จำนวนและช่วงห่างของการทรีต

สำหรับเครื่องแบบพัลส์ การรายงานแค่กำลังเฉลี่ยคือความผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุด ผู้อ่านคำนวณกำลังเฉลี่ยจากกำลังพีคและรอบการทำงานได้ แต่ทำย้อนกลับไม่ได้ ถ้าไม่มีกำลังพีค ความถี่ และรอบการทำงาน โปรโตคอลก็ทำซ้ำไม่ได้และผลลัพธ์ก็ไม่อาจระบุกลไกที่ทำให้เกิดได้ ฝั่งเนื้อเยื่อของสมการนั้นแปรผันพอ ๆ กับฝั่งเครื่อง นั่นคือเหตุผลว่าพารามิเตอร์ชุดเดียวกันให้ผลต่างกันในแต่ละประเภท Fitzpatrick และแต่ละบริเวณ: ผลข้างเคียงของ IPL ตามประเภทผิว

แล้วจะทำอย่างไรกับเรื่องนี้

ถ้าคุณกำลังเปรียบเทียบเครื่อง PBM เริ่มจากการปฏิเสธที่จะมองตัวเลขกำลังไฟเป็นข้อกำหนดทางเทคนิค ถามก่อนว่ามันคือค่าพีคหรือค่าเฉลี่ย จากนั้นขอพารามิเตอร์เชิงเวลา และมองว่าการไม่มีพารามิเตอร์เหล่านั้นเป็นช่องว่าง ไม่ใช่รายละเอียด หลักการเดียวกันใช้กับเครื่องกำจัดขนสำหรับผู้ใช้ทั่วไป ซึ่งสเปกชีตมักโฆษณาจำนวนแฟลชแทนวิศวกรรมทางแสงและความร้อนที่ตัดสินว่าการทรีตจะรู้สึกอย่างไรจริง ๆ: ทำไมสารเคลือบสำคัญกว่าจำนวนแฟลช และชุดฟิลเตอร์ที่วัดในห้องแล็บหน้าตาเป็นอย่างไรเมื่อนำทั้งเจ็ดตัวมาทดสอบเทียบกันแทนที่จะบรรยายในโบรชัวร์: รายงานการทดสอบฟิลเตอร์ลองพาส

ถ้าคุณกำลังอ่านงานวิจัย ให้ตรวจว่ามีการรายงานชั้นเชิงเวลาหรือไม่ หมวดวิธีวิจัยที่ให้มาแค่ 808 nm และ 10 J/cm² ได้อธิบายโดสไปเพียงประมาณครึ่งเดียว

ถ้าคุณกำลังทำการทดลอง ให้รายงานทั้งสองชั้น ใครก็ตามที่ประเมินว่าเครื่องหนึ่งปลอดภัยพอจะใช้ที่บ้านหรือไม่ กำลังตัดสินบนพารามิเตอร์เหล่านี้เอง นั่นคือเหตุผลว่าเวอร์ชันสำหรับผู้ใช้ทั่วไปของข้อโต้แย้งนี้อยู่ในเสาหลักด้านความปลอดภัยของเรา: IPL กำจัดขนปลอดภัยหรือไม่

ความยาวคลื่นเดียวกันไม่ใช่การทรีตเดียวกัน พลังงานรวมเท่ากันไม่ใช่สิ่งเร้าเดียวกัน ตัวแปรที่ตัดสินผลลัพธ์รวมถึงเวลาที่พลังงานมาถึงและวิธีที่มันถูกปั้นตอนเข้ามา ถ้าคุณอยากเห็นว่าตัวแปรเหล่านี้ถูกระบุอย่างไรในแพลตฟอร์มที่เราผลิต รายการเครื่อง ระบุฟลูเอนซ์ ขนาดสปอต และการตั้งค่าพัลส์ของแต่ละรุ่น

เอกสารอ้างอิง

1. Kim HB, Baik KY, Choung PH, Chung JH. Pulse frequency dependency of photobiomodulation on the bioenergetic functions of human dental pulp stem cells. Scientific Reports 2017;7:15927. PMC5698451 · PubMed 29162863
2. Tang L, Qin H, Lin S, Liu M. Effects of Pulsed Red and Near-Infrared Light on Neuroblastoma Cells: Pilot Study on Frequency and Duty Cycle. Photonics 2023;10(3):315. doi:10.3390/photonics10030315
3. Ando T, Xuan W, Xu T, et al. Comparison of Therapeutic Effects between Pulsed and Continuous Wave 810-nm Wavelength Laser Irradiation for Traumatic Brain Injury in Mice. PLoS ONE 2011;6(10):e26212. doi:10.1371/journal.pone.0026212
4. Keshri GK, Gupta A, Yadav A, Sharma SK, Singh S. Photobiomodulation with Pulsed and Continuous Wave Near-Infrared Laser (810 nm, Al-Ga-As) Augments Dermal Wound Healing in Immunosuppressed Rats. PLoS ONE 2016;11(11):e0166705. doi:10.1371/journal.pone.0166705
5. Khalaj S, Iranpour B, Hodjat M, et al. Photobiomodulation effects of pulsed and continuous wave near-infrared laser on the proliferation and migration of human gingival fibroblasts: An in vitro study. Photochemistry and Photobiology 2023;100:225–232. doi:10.1111/php.13816
6. Zein R, Selting W, Hamblin MR. Review of light parameters and photobiomodulation efficacy: dive into complexity. Journal of Biomedical Optics 2018;23(12):120901. doi:10.1117/1.JBO.23.12.120901
7. Huang YY, Chen AC, Carroll JD, Hamblin MR. Biphasic dose response in low level light therapy. Dose-Response 2009;7(4):358–383. PubMed 20011653