Application of terahertz (THz) radiation in novel non-invasive biomedical technologies has recently received considerable attention. However, experimental data about the safety of exposure to THz radiation for biological objects (including eye structures in vivo) are limited. To our knowledge, the safety of THz reflectometry (frequency range of 0.30-0.40 THz) has not been closely examined in an animal model with subsequent morphological assessment of corneal tissues.
Purpose: To assess the safety of pulsed THz radiation with various parameters (time, power, and frequency) for the cornea in a rabbit model.
Material and methods: The sample for the current study consisted of 18 Chinchilla rabbits (18 eyes). Corneal imaging and epithelial cell density before and after the exposure were evaluated using confocal laser scanning microscopy (CLSM). The histological study for objective assessment of the cornea state (day 1 and day 14) was performed after experiment termination.
Results: Single and multiple exposures of laser radiation at a frequency below 0.1 THz and power density below 30 nW/cm2 do not cause visible structural changes in any layers of the rabbit cornea. The results obtained in the long-term period showed insignificant reversible morphological changes only within the epithelium.
Conclusion: The described parameters of terahertz and subterahertz radiation can be considered safe for assessing changes in corneal epithelium hydration level using non-invasive methods based on THz reflectometry.
Возможность применения терагерцового (ТГц) излучения с перспективой разработки новейших неинвазивных биомедицинских технологий в последнее время вызывает повышенный интерес. Однако экспериментальные данные, подтверждающие безопасность ТГц-воздействия на биологические объекты (в том числе структуры глаза in vivo), существуют лишь в ограниченном числе научных работ. Безопасность ТГц-излучения в диапазоне частот 0,30—0,40 ТГц на данный момент не была подтверждена на модели животных с последующей морфологической оценкой состояния тканей роговицы.
Цель исследования: Изучение безопасности воздействия различных временных, мощностных, частотных диапазонов импульсного ТГц-излучения на роговицу глаза на модели кролика.
Материал и методы: Безопасность воздействия ТГц-излучения in vivo изучали на 18 кроликах породы шиншилла (18 глаз). Для прижизненной оценки состояния роговицы до и после воздействия проводили лазерную конфокальную микроскопию роговицы с подсчетом плотности клеток. Объективным критерием оценки состояния роговицы после ТГц-воздействия на разных сроках вывода животных (1-е и 14-е сутки) из эксперимента служили результаты гистологического исследования, выполненного методом электронной микроскопии полутонких срезов.
Результаты: Однократное и многократное воздействие изучаемого вида лазерного излучения (при плотности мощности, не превышающей 30 нВт/см2, и частоте не выше 0,1 ТГц) не вызывают видимых структурных изменений со стороны всех слоев роговицы кроликов. Результаты, полученные в отдаленном периоде, демонстрировали незначительные обратимые морфологические изменения, вызываемые данным лазерным излучением с указанными параметрами, ограниченные лишь слоем переднего эпителия.
Заключение: Указанные выше параметры терагерцового и субтерагерцового излучения можно считать безопасными для оценки изменений гидратации эпителия роговицы с помощью приборов на основе ТГц-рефлектометрии.
Keywords: corneal hydration; safety of terahertz radiation; terahertz radiation; terahertz reflectometer.