从这项工作中能够准确的看出，太赫兹技术作为医疗保健发展的一种新颖和创新的方式的巨大潜力和令人印象非常深刻的进展，特别是癌症的医学诊断已得到研究。
目前，对提供具有早期癌症检验测试能力的功能和形态学信息的诊断技术的需求持续不断的增加。由太赫兹（THz）和基于红外辐射的成像技术等技术的最新进步所推动的新型现代医学成像系统正在开发，研究和验证，这些技术是对传统模式的补充。太赫兹癌症成像技术为无标记、非电离、非侵入性和早期癌症检测提供了新的机会。在太赫兹癌症成像研究中观察到的图像对比度主要归因于癌组织中的折射率、吸收系数和介电特性高于正常组织，这是由于组织中水分子含量的局部增加和癌症受影响组织的血液供应增加。据报道有助于太赫兹图像对比度的其他图像对比度参数和癌症生物标志物包括细胞结构变化、分子密度、试剂（例如造影剂和包埋剂）与生物组织之间的相互作用以及蛋白质、纤维和脂肪等组织物质。在本文中，我们对太赫兹技术在癌症成像应用中的技术发展进展进行了系统而全面的综述。首先，介绍了太赫兹辐射产生和检测、成像和光谱学的基础原理和技术。此外，还介绍了太赫兹成像在各种癌症组织中的应用，更侧重于皮肤癌的体内成像。简要讨论了太赫兹数据的数据处理技术。此外，我们还确定了基于太赫兹的癌症检测的优势和现有挑战，并报告了性能改进技术。还报道了太赫兹系统的最新进展，这些系统经过优化和小型化。最后，太赫兹系统和AI（AI）、物联网（IoT）、云计算、大数据分析、机器人等的集成。对于更复杂的系统，提出了。这将促进太赫兹在智能互联下一代医疗保健系统中的大规模临床应用，并为未来的研究提供路线图。
早期诊断、及时治疗和定期监测有助于降低癌症引起的死亡率（Siegel 等人，2020年;Viale2020）。由技术进步驱动的现代诊断技术已经过研究和验证，能够为早期、无标签和非侵入性癌症检测提供功能和形态信息，并且是对传统技术的补充（Peng 等人，2021a，2020a;傅等人，2022年）。现代技术有太赫兹成像、红外成像、超声波成像、光声和扫描近场显微镜、相干拉曼散射光谱成像、拉曼散射显微镜、数字全息显微镜、光学相干断层扫描、超分辨成像技术、二次谐波发生成像和双光子荧光。最近，太赫兹源和检测器的改进、设备的便携性和灵活性刺激了基于太赫兹辐射的技术的潜力和能力的实现，以检测早期癌细胞在其他生物医学应用中的细微变化（Gong 等人，2020年）。太赫兹辐射的显着特征使其成为一种可行的成像工具，例如具有低光子能量（4THz 时为 1 meV），与γ射线和 X 射线不同，这不足以进行组织原子电离。由于太赫兹波电子能量低，对生物组织无显著的损伤，在生理状态下可以观察到水合状态。此外，能级与分子旋转和振动模式的能量以及氢键等分子间振动相吻合。太赫兹辐射对水等极性分子高度敏感。是由癌症和肿瘤血管增加引起的组织对比最常用的内源性标志物（Danciu 等人，2019年）。尽管水的高太赫兹吸收限制了其数十至数百微米组织的穿透深度，但它足以可视化上皮组织，例如体内的皮肤和表层。低频运动能够最终靠其在太赫兹区域的光谱特征进行分子识别，因此它对早期癌症检测具有吸引力。
基于相干检测的太赫兹脉冲成像（TPI）能够记录太赫兹电场分布，从而估计其相位和幅度，并基于这些参数获得宽带光学参数，即折射率和吸收系数参数。因此，TPI能轻松的获得功能和形态信息（Darco等人，2020）。利用太赫兹脉冲光谱法鉴定癌症特征谱线，可以对轻微的癌细胞变化进行早期监测（Gong 等人，2020年）。组织光学特性的差异主要归因于由于血管，水肿和新陈代谢增加，癌症和肿瘤中结合较少和游离水分子的可用性增加。首先，亚皮秒和皮秒范围内的弛豫过程和水分子细胞内振动模式与太赫兹范围产生共振;因此，太赫兹光谱显示组织细胞的介电响应反映了水动力学（Zhang等人，2019）。其次，肿瘤细胞水合的评价能够最终靠太赫兹光谱法实现，无需深冷处理或氢化。据报道有助于太赫兹图像对比度的其他图像对比度参数和癌症生物标志物包括但不限于增加对癌症受影响组织的血液供应、细胞结构变化、分子密度、试剂（例如造影剂和包埋剂）与生物组织之间的相互作用以及蛋白质、纤维和脂肪等组织物质。还有非常多仍在探索中（Peng 等人，2021a，2020a;傅等人，2022年）。在这里，我们对太赫兹技术在癌症成像应用中的技术发展进展进行了广泛的回顾。
如图所示。1，本文的结构如下：首先介绍了太赫兹辐射产生与探测、成像与光谱学的基础原理、原理和技术。其次，介绍了太赫兹成像在各种癌症检测中的应用，重点更侧重于皮肤癌的体内成像。还报道了优化和小型化太赫兹系统的很多方法和最新进展。最后，讨论了开放研究挑战，并提出了太赫兹系统与新技术的整合。这将促进太赫兹在智能互联下一代医疗保健系统中的大规模临床应用，并为未来的研究提供路线本文的结构
Zhang等人2021a讨论了生物医学样品连续波太赫兹（CW THz）成像方法的状态和应用，并介绍了CW太赫兹逐点扫描方法的原理和条件。Zhang等人（2021a）报道了CWthz三维成像技术的特点、特点和应用及其生物学应用。总结了阻碍太赫兹技术临床应用的研究现状、进展、优势和局限性以及CW太赫兹的未来发展。本研究报告仅限于CW THz成像技术及其在生物医学样品中的应用。Darco等人（2020）广泛回顾了基于太赫兹辐射的技术作为医学中有用工具的潜在应用，并概述了基于TPI的太赫兹脉冲辐射检测技术及其生物医学应用。总结了太赫兹脉冲辐射成像的优势，并举例说明了市售的脉冲太赫兹辐射源和相应的相干和非相干探测器，以及透射和反射TPI工作模式的示意图。讨论了TPI通过太赫兹辐射特性进行体内和离体癌症观察的实例应用研究。此外，还解决了与太赫兹成像技术相关的局限性，以增强生物医学应用的穿透深度和传感能力。达科 et.al。（2020）还指出了太赫兹成像技术的快速发展及其作为医学成像方式的潜力慢慢的变大，但表示在使用渗透增强剂（PEA）方面需要更多关注，临床采用TPI系统要更多技术发展。
Wang（2021）报告了太赫兹成像技术的最新进展及其在乳腺肿瘤鉴定中的应用，并利用了太赫兹成像和光谱系统在乳腺癌检测中的潜在应用，讨论了太赫兹范围内的乳腺组织的介电特性、太赫兹辐射源和光谱成像。总结了基于化学计量学的数据收集、处理和分辨率改进方法。此外，还探讨了未来应对太赫兹乳腺癌成像方向挑战的研究范围。Peng 等人 （2020b） 回顾了太赫兹技术、成像和光谱学专对于癌症的潜在生物医学应用，基于太赫兹辐射所表现出的特征，包括低电离能和使用其光谱指纹识别生物分子的能力。此外，他们报告了最近太赫兹成像和光谱学在癌症诊断方面的进展，其潜力在于帮助医生和研究人员进一步探索癌症感染的组织区域。他们都以为太赫兹光谱学能够最终靠成分分析有效地识别癌症的生物标志物。他们还讨论了太赫兹技术治疗癌症的优缺点以及改善信噪比（SNR）的辅助技术。Yu et al. （2012） 介绍了太赫兹技术——太赫兹成像和太赫兹光谱，简要概述了太赫兹技术的进步及其在癌症诊断中的应用。太赫兹波位于微波和红外区域之间，对水有着非常强的敏感性，并通过强吸收被水衰减。太赫兹辐射的特征特性，如低光子能量，意味着对生物组织的非电离危害，使该技术对生物应用具有吸引力。癌组织和健康组织之间的图像对比归因于血液供应和含水量的局部增加以及组织的结构差异（Yu等人，2012）。此外，Son等人（2019）回顾了太赫兹生物医学最先进的技术，方法和可能彻底改变医疗保健的潜在技术。他们调查了一些湿组织渗透深度增强的技术，他们讨论了到达内窥镜检查和耳镜检查等内脏器官的方法。此外，他们还解释了一些基于太赫兹的传感器的工作原理，并举例说明了糖尿病、呼吸状况和血液疾病传感示例。据报道，许多太赫兹生物医学应用都在癌症成像中，包括口腔癌、皮肤癌、胃癌、脑癌和乳腺癌的检测。他们还报告了利用特定的高功率频率太赫兹辐射使恶性DNA去甲基化以及其作为癌症生物标志物的潜力，从而治疗癌症的潜力。
讨论了太赫兹传感的新应用和未来潜力，并使用各种智能方法描述了太赫兹数据反射光谱响应在诊断 BCC（基底细胞癌）皮肤癌、结肠癌和乳腺癌中的优化方法（Vafapour 等人，2020年）。此外，Nikitkina 等人 （2021） 还回顾了太赫兹成像和光谱学的应用，其中连续波和脉冲波技术都用于诊断皮肤组织的黑色素瘤和非黑色素瘤，评估疤痕、发育不良和糖尿病。他们还强调了基于太赫兹的成像和光谱学作为研究和治疗工具的潜力。在Gong等人（2020）的相关工作中，太赫兹生物效应在生物医学中的应用以及太赫兹在检测癌症，蛋白质，氨基酸和多肽，DNA等中的表征技术。被报告。Zhang等人（2021b）研究了太赫兹波对分子水平神经系统、生物体和细胞的机制和生物学效应。强调了太赫兹在神经科学中的未来前景和应用，并介绍了受太赫兹辐射影响的神经细胞膜、细胞因子和基因表达（Zhang等人，2021b）。此外，在（Gong 等人，2020年;王2021;Cheon 等人，2017年;孙正义等人，2013年;Zhang等人，2021c）和最近报道的太赫兹技术在生物医学应用中的综述见表。
目前，需要提高癌症诊断和外科手术的效率。癌症诊断的延迟和不准确的肿瘤切除导致癌症引起的发病率增加。现有的医学成像模式还不能在早期阶段检测癌细胞，例如X射线和计算机断层扫描（CT），此外，它们基于电离辐射，对组织不友好，不适合重复评估。基于太赫兹的癌症成像的应用可以显着降低死亡率，因为它可以有效的进行早期，非侵入性和非电离性癌症诊断，并为确定性切除和治疗提供明确的边缘。需要一种技术来帮助外科医生在手术内和实时精确地检测肿瘤组织边缘，以便在手术后发现剩余恶性组织时消除重复手术的需要。美国放射肿瘤学会指出，“阴性边缘（肿瘤上没有墨水）可优化同侧乳腺肿瘤复发。较宽的边距宽度不会显着降低这种风险“（Schnitt 等人，2015年）。因此，有必要进行准确的边缘评估以仍就保持组织的切除（El-Shenawee 等人，2019年）。基于太赫兹的扫描可以依据其含水量区分不同分子，使其在早期肿瘤检测、重复评估、监测患者和患者随访方面具有巨大潜力（Danciu 等人，2019年）。太赫兹成像和传感研究的重点一直是改进仪器，例如天线（Poorgholam-Khanjari和Zarrabi 2021;阿普里奥诺2021;风2021;亚达夫等人，2021 年）、生物传感器（杨等人，2021a;阿扎布2021;刘2021;詹2021;李2021;Lin等人，2021年）探测器（Habib等人，2021年）和探针（Chan和Ramer2018年）。然而，在采集的图像质量改进和临床决策支持改进方面所做的工作要少得多。
在这项工作中，我们概述了太赫兹技术在癌症应用中的技术发展进展。综述了太赫兹辐射产生和检测中使用的技术及其工作原理。通过对报道的太赫兹癌症图像调查的分析，我们推断出太赫兹成像对皮肤癌体内成像的适用性。作者的贡献总结如下。我们简要概述了太赫兹辐射技术、生成和检测、成像和光谱学的基础原理和技术。介绍了太赫兹成像在各种癌变生物组织检测中的应用，重点更侧重于皮肤癌的体内成像。简要介绍了太赫兹数据的数据处理技术。
基于产生的太赫兹辐射，两大类太赫兹辐射产生方案如图所示。2是连续波（CW）和脉冲波。太赫兹辐射源包括CW太赫兹源、非相干热太赫兹源和脉冲太赫兹源。顾名思义，在CW中，产生的太赫兹是连续波形（即产生单个或单独的离散频率），而在脉冲中，有太赫兹辐射脉冲（具有宽带频率输出）。脉冲太赫兹源包括使用瞬态电流的光电导天线（PCA）、脉冲光混合和光学整流（OR）。CW THz源包括非线性光源，光子源，电子源和偏置半导体中的光混合（Wang 2021）。产生连续太赫兹辐射的最常见来源是二极管、量子级联激光器 （QCL） 和高速晶体管。通过光混合和倍频、参数转换和逆波振荡器，获得可调谐CW THz波，而对于宽带CW辐射，则使用球条和汞灯。最常见的探测器是Golay电池或Li-He辐射热计，热释电探测器以及基于固态的发射器和探测器，例如使用石墨烯（Nikitkina等人，2021）。
桌子表22显示了常用太赫兹探测器的性能（Darco等人，2020）。为经验测试太赫兹脉冲，使用非相干和相干（外差）检波器方案。非相干检测技术使用功率信号传感器，例如辐射热计、戈雷电池、肖特基二极管、热释电探测器和低灵敏度热电堆（市售和太赫兹频谱中使用的电阻温度传感器和辐射热计是低温的）相干检测能轻松的获得信号的相位、频谱和功率信息。用于相干检测的探测器示例包括肖特基二极管、NLO 晶体（或通过非线性晶体的光电 （EO） 效应）和 PCA。根据高噪声等效功率 （NEP）、高灵敏度、良好的太赫兹覆盖范围和探测器带宽来评估器件的良好性能（Darco 等人，2020年）。
太赫兹技术的广泛类别基于产生的太赫兹辐射的性质。如图所示。3，该技术进一步分为太赫兹光谱和太赫兹成像。太赫兹光谱原理是大多数生物分子的低频运动，例如旋转、振动、范德华力和氢键在太赫兹光谱中具有指纹特征。通过一系列分析反射和吸收参数的差异，能够正常的使用太赫兹时域光谱（THz-TDS）等设备识别生物分子样品。根据太赫兹源工作模式，太赫兹成像分为CW太赫兹和TPI。在接下来的小节中，将详细的介绍太赫兹成像方法。
太赫兹波散射效应，即检测强度分布，源功率输出在CW THz中更高，系统紧凑且实时运行。CW THz中使用的光源是量子级联激光器（QCL），太赫兹气体激光器，后波振荡器和Gunn二极管。最常见的探测器是戈雷电池和肖特基二极管、热释电相机和微测辐射热计阵列（Zhang等人，2021a）。CW 太赫兹成像技术描述如下：
图4传输模式下的CWthz单点扫描成像系统（Zhang等人，2021a)
衰减全反射 （ATR） 成像和光谱系统主要利用全内反射 （TIR） 产生的倏逝波的特性。为满足TIR的条件，即实现ATR，太赫兹光束以大于临界角的角度从密度较大的介质（较高的折射率）引导到吸收较少的介质（折射率较小）。太赫兹 ATR 的详细原理和几何形状已在 Zhang 等人 （2021c） 中报道。
与太赫兹扫描技术相比，CW 太赫兹全场成像中的图像采集速度更快，因需要更少的光学元件。基于此，正在开发CW THz叠层成像和CW THz数字全息（CW TDH）。CW TDH是基于定量相差的时间二维方法，无需扫描就可以获得振幅和波分布，并且具备极高的空间分辨率。数值数字计算用于重建。CW TDH 的两种变体是基于参考角度和物体光束的离轴和在线 TDH（Zhang 等人，2021a）。CW THz叠层成像是一种不使用透镜的相衬方法，具有大视场（FOV），并且基于相干衍射。使用印刷迭代引擎 （ePIE），检索样品的探针和透射率函数。
兹计算机断层扫描 （THz-CT） 成像方法是一种由 X 射线和计算机断层扫描 （CT） 扫描发出的三维 （3D） 成像和无损检测的新方法。由于太赫兹辐射的穿透能力比X射线差，能轻松实现更多的生物样品对比度和内部结构的反射。太赫兹CT扫描检测入射光束在不同投影角度上的一维傅里叶变换，然后对每个投影进行傅里叶变换，以构建横截面图像的二维傅里叶变换。滤波器反向投影（FBP法是用于数据处理的主要算法。
使用太赫兹光谱仪获得样品的相位和振幅信息，然后利用相位和振幅信息获得光学参数，即吸收系数和折射率。三种主要类型的光谱是光混合光谱仪、傅里叶变换光谱仪 （FTS） 和太赫兹-TDS。FTS通常用于研究分子共振，具有100 GHz至5THz的宽频谱覆盖范围，具有更高的空间和频谱分辨率，尽管它仍然受到限制，信噪比较差。它利用宽带脉冲或连续源和迈克尔逊干涉仪方案。光混合光谱仪使用GaAs感光导体，该感光导体使用具有频偏激光器的金属电极来产生CW THz。它由两个用于发射器和接收器的光混合器组成，分辨率为500 MHz，具体取决于频率步长。
脉冲波太赫兹成像和光谱系统能通过切换扫描机制来互换，即通过样品的移动（横向平移）与照明光束静止，以便执行信号的点对点收集。在光谱学中，光束使用平台或压电旋转器和/或振镜移动。对于成像，太赫兹光束照亮物体表面，通过离散网格采样，并在光栅模式下连续扫描或逐像素扫描。采集的信息从数据采集卡（DAQ）获得，量化为比特以进行进一步的图像处理（Darco等人，2020）。对于生物样品，基于脉冲辐射的太赫兹成像，如图太赫兹脉冲光谱（TPS）所示。5比 CW 更受欢迎，因为它会产生更广泛的信息。光电导天线（PCA）主要用于发射器，而传统上它们基于光学等离子体整流和生成。在TPI和TPS中产生和检测太赫兹信号的原理是，PCA发射器通过光导效应和飞秒激光束产生亚皮秒和小太赫兹周期的短太赫兹脉冲太赫兹辐射与飞秒激光束（探头）混合的太赫兹信号然后由PCA探测器检测。TPS中的成像是通过使用聚焦在样品表面的太赫兹光束执行样品表面光栅扫描来完成的，并且可以采用透或反射配置。还探索了全息和基于多像素相机的成像的使用。
对于时域，当太赫兹脉冲与样品相互作用时，脉冲信号相对于参考可能会延迟、展宽或衰减。电场的振幅对应于用于归一化图像的对比度模态。此外，主峰的归一化振幅（样品最大值和参考电场的比值）给出了扫描物体的吸收、反射/散射信息。相对于参考的主峰值时间延迟值通过光学变化映射提供厚度或对比度信息，使得飞行时间（ToF）方法能够最终靠估计目标的介电信息来确定目标。当太赫兹脉冲入射到样品上时，根据幅度和/或相位进行反射回波的测量。回波脉冲ToF提供边界等信息。沿着太赫兹传播路径，可以提取一维深度剖面。执行1D扫描时，可显示2D图像。频谱幅度和相位信息是通过在时间电脉冲上应用傅里叶变换获得的，其中幅度表示损耗，相位与折射率相关。当频率固定时，可以在频域中可视化幅度和相位图像，从而由于明显的折射率而不是损耗而提供更好的对比度。因此，在太赫兹TDS中使能太赫兹波幅值和相位的短提取。菲涅耳系数使复折射率参数成为可能，吸收系数是根据复介电常数获得的（Darco等人，3）。不同组织的折射率差异可能取决于组织的病理状态。
例如，使用太赫兹TDS系统，常用的系统是TPS 3000，可以使用幅度和相位信息同时获取样品的光谱和图像。从太赫兹TDS系统获取图像的三种主要方法是在透射模式下对样品进行光栅扫描以产生2D图像，其中每个脉冲聚焦在焦平面（2个透镜）上，从而获得时域信息，然后使用傅里叶变换进行变换以获得图像的光谱信息。这可以可视化为电场作为时域函数，其中解释了皮秒级辐照度的动力学。由于样品边界的高吸收、散射和反射而形成图像的第二种方法是利用参考函数对时域最大峰值进行归一化（Wang 等人，2022年）。最后，常用的方法是相对于参考映射主峰值时间延迟，以允许映射样品上的光路变化，从而提供材料或厚度的对比度信息。使用傅里叶变换，确定相位和幅度信息。分束器分离激光束，然后在施加偏置电压时通过光导通过发射器产生太赫兹脉冲，然后脉冲前进以在焦平面上相互作用并携带样品的信息。当这个过程发生时，光延迟块的移动导致检测脉冲和光泵的恒定时间差，以实现太赫兹脉冲的相干检测。SNR确定最大吸收系数，而最大吸收系数又由信号幅度和相位的精度而不是样本确定。在生物医学应用中，太赫兹TDS的反射模式通常优于透射，因为水对太赫兹辐射的高吸收限制了系统的透射光谱（Wang等人，2022）。
远场 TPI 系统通常涉及泵和探头设置，它们被视为扩展太赫兹 TDS 系统。飞秒激光器为TPI系统提供动力，首先，使用分束器将激光束分成泵浦和探头光束。泵浦光束通过调制太赫兹发射器的偏置电压或使用光学或机械斩波器进行调制，然后聚焦在太赫兹发射器上。产生的太赫兹脉冲被准直，然后聚焦以照亮样品，导致太赫兹脉冲序列或电场的透射或反射，然后再次准直并重新聚焦到使用一对透镜或抛物面镜的太赫兹探测器。电信号的信号调理（滤波和检测）由锁相放大器执行，锁相放大器的模拟输出依次使用DAQ进行收集和数字化。电信号的时间采样是通过延迟块实现的，因此对于检测到的信号中的每个脉冲，测量到不同的相位和幅度信息。对于相等的探头和泵浦光路，电场测量一次一个瞬间进行，以便将整个太赫兹信号作为样本，引入延迟块以延迟探头和泵浦的光束（Darco 等人，2020年）。
近场测量可以解决远场衍射极限，在太赫兹频率下具有光质量耦合增强和亚波长分辨率。衍射光学中的近场定义为，对于平面入射光波，落在瑞利长度焦点之外的光场是近场。瑞利准则用于获得空间分辨率。近场探测方案包括散射探头、电光探头、亚波长金属孔径探头以及太赫兹光子器件和小型化光电导探测器的混合物。近场成像的类型是基于孔径和无孔径的（Wang等人，2022）。
内窥镜检查是体内癌诊断的有效检测方法，因为太赫兹穿透深度有限，足以满足体内或体外上皮组织的需求。用于消化器官等内部组织的癌症;结肠癌、胃癌、胃癌位于粘膜表面附近，太赫兹内窥镜检查将是有效的方法。该技术与信号衰减等挑战有关，可以通过采用太赫兹TDS与光纤耦合进行太赫兹生成和检测来克服，如Cheon等人（2017）所设计和讨论的那样。
桌子表33总结了报道的太赫兹技术在癌症应用中的实验研究。所有研究都支持太赫兹技术作为癌症成像临床工具的潜力，具有显著特征和组织友好性。据报道，太赫兹技术的应用在糖尿病诊断、COVID-19、牙科、追踪内部疤痕愈合和监测体内水合作用水平等应用中也具有巨大潜力（Nikitkina 等人，2021年;泰勒等人，2020年;饶2020）。
尽管水有很强的太赫兹波吸收，这意味着高太赫兹信号衰减和有限的组织穿透深度（数十到数百微米），这给检测深部肿瘤带来了困难，但它足以可视化上皮组织，例如体内的皮肤和表层。因此，由于其表面和可接近的位置，皮肤组织是最理想的太赫兹成像靶标。太赫兹脉冲辐射成像（太赫兹脉冲光谱 （TPS） 和 TPI）已用于相对于 CW 成像的大多数太赫兹癌症研究，因为会产生更广泛的信息（Nikitkina 等人，2021年;林德利-哈彻等人，2021年）。
太赫兹辐射与皮肤组织的生物动力学相互作用，例如组织水，分离的细胞，极性较低的生物分子，组织结构等。是太赫兹成像和光谱学中图像对比度的基础。通过TPS波形的时域或频域数据观察样本特征，例如宽频率上的折射系数和吸收系数。一些基于数学分析的图像对比度增强方法，例如主成分分析 （PCA）、积分技术、信号复杂性分析或线性判别分析，可用于太赫兹成像和光谱的性能改进（Nikitkina 等人，2021年;林德利-哈彻等人，2021年）。
使用太赫兹成像和光谱学对各种皮肤癌类型的研究已经在许多研究中进行了。在其中一项研究中（Wu 等人，2019年），通过使用水和太赫兹基超材料 （MM） 半导体薄膜进行高度灵敏的皮肤癌检测。应用皮肤组织和皮肤相关癌症的反射几何TPI。通过在生物传感器设计中引入传感材料，展示了所提出的器件的折射率（RI）传感应用。为了测量所设计的生物传感器对检测皮肤基底细胞癌（BCC）的灵敏度，通过改变有效RI来实现。MM是由半导体薄膜（即铟锑，InSb和水）组成的。他们首先展示了MM在超灵敏折射率生物传感应用（如传感BCC和正常皮肤）中的潜力。生物传感器的灵敏度约为117μm/RIU。使用TPI通过比较太赫兹电磁波从癌症表面和正常皮肤的反射光谱来检测皮肤癌。他们还建议使用水基MM装置通过将装置放在皮肤上来控制基因表达。为此，入射光垂直于设备照射在1-1.5THz范围内，然后模拟健康和BCC病例的反射光。当生物检测器设计在正常皮肤上时，反射光谱的共振频率约为1.38THz，当BCC放置在生物检测器下方时，反射光谱的共振频率约为1.382 THz，因此MM设计可用于癌症检测。使用TPI进行BCC也揭示了健康和肿瘤组织之间的显着对比，这是由于反射和RI的预期变化反射的脉冲。与BCC相比，有限差分时域（FDTD）技术用于正常组织的反射波差异计算（Keshavarz和Vafapour 2019）。
数字6展示了从 Hakeem 和 Hassoun （2020） 中提取的图像，这些图像是使用 TPI 捕获的皮肤组织的。由于癌组织中的血液浓度相对于正常组织的血液浓度增加，由于太赫兹性质的变化，患病组织显示出强度增加。使用双德拜（DD）模型描述皮肤组织在太赫兹辐射下的介电响应，因为皮肤肿瘤的含水量高于正常皮肤（Li等人，2020）。该模型描述了人体组织内水分子的太赫兹辐射，并通过DD方程模拟了Debye弛豫过程（反映外部电场对水分子的影响），该方程用于拟合0.1-THz范围内的水的介电常数。DD基于频率相关的介电函数，
显著的光学特性差异也显示在图中。8，健康、发育不良和非发育不良皮肤组织中介电常数参数之间存在明显差异，表明太赫兹皮肤诊断潜力巨大。相对于透射配置，基于太赫兹的薄组织切片成像首选反射几何形状，因为透射几何形状受组织形态和水合水平的影响很大，从而影响测量。针对太赫兹成像和光谱学应用于皮肤癌检测的大多数研究如表所示表 4.4.在其他皮肤组织研究中研究了太赫兹光谱，包括区分肌肉和皮肤组织、疤痕愈合追踪、皮肤结构识别（Nikitkina 等人，2021年;李等人，2020 年）和糖尿病足综合征（埃尔南德斯-卡多佐等人，2022年）。
太赫兹成像通过其独特的光谱特征显示出巨大的生物医学研究和临床潜力，例如，非电离，非侵入性和无标记的医学成像和细胞检测。医学成像工具准确快速地检测癌症的能力对于早期诊断、早期护理和监测治疗进展至关重要。现有的技术，如X射线和计算机断层扫描，使用电离辐射和生物或化学标记，如使用核素。这些会对生物组织、细胞功能和活性产生不利影响，从而限制它们的分子分辨率。太赫兹成像和光谱学在乳腺癌、消化系统癌、脑癌、结直肠癌、宫颈癌、皮肤癌和卵巢癌等癌症检测中的重大研究已经得到研究。实验研究主要涉及新鲜切除的人体组织、动物（例如大鼠）的离体和体外太赫兹成像和幻影的使用。从我们的分析中，我们注意到基于太赫兹的癌症成像适用于上皮组织层癌症的非侵入性和体内检测，例如皮肤癌。
数字9显示了基于太赫兹辐射的癌细胞成像的一些吸引人的特征和特征。基于太赫兹辐射的癌细胞检测是非电离的（因为其 0.4-41 meV 的光子能量低于电离辐射），非侵入性成像能力可以实现实时体内诊断（Danciu 等人，2019年）。因此，太赫兹成像对生物组织友好，被证明对于重复扫描、治疗随访以及患者监测非常有吸引力。太赫兹波对水等极性分子非常敏感，精确地在健康组织和癌组织之间提供清晰的边缘对比，这是早期癌症肿瘤检测的潜在工具（Yan等人，2022)
尽管基于太赫兹的成像显示出巨大的临床潜力，但技术发展仍处于早期阶段，并且仍然存在许多局限性。现有的挑战和性能改进方法将为未来的研究铺平道路。已经确定了太赫兹成像技术的共同局限性，包括光栅扫描导致的采集速度慢、信噪比差、低衍射受限的空间分辨率、有限的组织穿透深度。对于光谱研究，研究人员仍然面临着通过傅里叶变换从干扰信号和复杂背景中提取目标光谱指纹的挑战，这可以通过未来开发高灵敏度和特异性传感器（如超材料和等离子体天线b）。
由于太赫兹能够在皮秒和亚皮秒上与水和生物分子振动运动共振，太赫兹成像能够对比病理、健康、烧伤和脱水的组织。这样可以测量折射率和吸收系数，从而测量相位和幅度信息。然而，水高度吸收太赫兹波，即吸收300厘米。-1频率为 1.5 THz，实现真正的操作便利性。此外，为了成为临床和下一代有能力的成像方式，THz成像系统应开发为可互操作，能够对全身进行活体成像并提供真正的操作便利。
太赫兹辐射对含水量高度敏感，因此表现出很强的吸收（Darco 等人，2020年），并导致太赫兹渗透深度有限，因此在新鲜组织中，穿透深度仅为数十至数百微米（在人体皮肤组织中）。通过使用薄和/或固定的组织样本以及适当的几何形状，在研究中克服了这些限制。与保持组织相关的挑战会影响测量，包括盐水吸收，水合作用水平变化，湿度，散射效应和温度变化。对于新鲜组织，当暴露时，它们会脱水，导致采集时的对比度特征降低。因此，保存样品的方法很重要。组织样品制备技术已经在切除和固定的组织上进行了研究，例如（Pickwell-Macpherson 2016）（Cheon等人，2017）：（1）脱水，（2）酒精灌注，（3）固定，（4）明胶包埋，（5）冻干，（6）冷冻，（7）石蜡包埋和（8）石蜡乳液。
石蜡包埋是通过用石蜡代替水来实现的，并能长时间保存组织而无需翻译组织形态，从而消除水效应（Cheon等人，2017）。组织的石蜡包埋增加了太赫兹辐射穿透深度，从而观察太赫兹图像中组织的结构和功能，可用于精确的离体癌症成像。固定是一种组织病理学诊断常规和组织脱水过程，用于通过用代替组织水来固定和保存切除的组织。冻干对于组织结构保存和除水同样有效，克服了与太赫兹带宽动力学和样品厚度变化相关的限制。冷冻样品已被应用于改善组织中太赫兹辐射的穿透深度，即使它可能导致坏死。石蜡包埋需要较长的预处理时间，并且不能在体内使用，改善渗透深度的另一种方法是冷冻方法，其中冰由于振动模式而减少水分子对太赫兹的吸收，这些振动模式随着水状态的变化而平移。因此，与石蜡包埋一样，冷冻的作用是减少水分子对样品的影响，并且由于冷冻不需要切片和染色，因此与基于冷冻活检切片的方法相比，它可以更快地基于太赫兹成像进行诊断。Cheon等人（2017）使用该技术来区分口腔癌，其对转移性淋巴结进行有效成像的能力也得到了证明，并且其对皮肤或浅表层的体内肿瘤检测具有潜力。例如，使用油酸和明胶包埋的另一种方法也被用于保持组织水分含量（Pickwell-Macpherson 2016）。
如前所述，癌症组织中水对太赫兹的高吸收导致所得光谱的信噪比较差。此外，由于生物样品含有水、脂肪、蛋白质和纤维等多种物质，目标物质吸收峰的信噪比会很小，因此难以识别目标物质（Peng 等人，2020a）。已经提出并应用了几种方法来增强太赫兹光谱的信噪比。据报道，使用纳米颗粒作为造影剂，建议使用金纳米棒（GNR）和超顺磁性氧化铁（SPIOs）作为增加太赫兹波在水中的反射的方法，并在纳米尺度上提出洋葱类碳（OLC）用于导管癌（Shi等人，2020）。
据报道，使用光学清除剂可以改善光谱信噪比和增强对比度，例如聚乙二醇、丙二醇、二甲基亚砜和乙二醇、氟化油（Shi 等人，2020年）。基于抗体的生物传感器的使用已用于癌症检测，包括包括一些核酸适配体涂层二氧化硅层的生物传感器，其中抗体仅与与癌症相关的细胞蛋白表面结合，从而与正常细胞相比改变癌细胞的太赫兹辐射吸收。还提出了基于超材料和太赫兹 ATR 的生物传感器来增强 SNR 频谱（Peng 等人，2020a;施等人，2020）。
开发太赫兹TDS技术，以迅速提高扫描率。太赫兹TDS成像的特点是单像素探测器和光学延迟块的机械线性运动引起的光栅扫描时间长。用于改善扫描时间和避免光延迟块机械运动的一些技术包括使用快速光学延迟块、电子控制光学采样 （ECOPS）、腔体调谐、异步光学采样 （ASOPS）、高效的数据收集方法（例如 2D 太赫兹 TDS）、实施 2D 电光采样 （EOS）、非机械时域采样、光电导天线 （PCA） 积分和光整流也可用于 加速太赫兹脉冲采集。太赫兹TDS中近场成像和断层扫描的出现也大大有助于节省时间并提供商业潜力（Wang等人，2022）。最近的工作还研究了计算成像，焦平面阵列，基于压缩传感的技术（Castro-Camus et al. 1999）。
在使用TPS系统时，数据处理非常重要。从功率谱测量中，Kramers-Kronig关系可用于获得复折射率或复介电常数，但是在TPS中不需要这样做，因为频域中的相位和幅度是已知的（Xie等人，2013）。在太赫兹CT中，滤波背投影算法已被用于重建，并且已经研究了压缩传感和逆菲涅耳衍射的组合用于图像重建（Shang等人，2019）。TPS中的数据处理步骤涉及信号预处理，去噪，切趾和反卷积。最后的处理步骤涉及统计分析、降维和机器学习方法。已经研究了太赫兹数据预处理、处理和分析的机器学习方法，例如在Park和Son（1186）中;Wang 等人，2021年），但尚未完全探索。最近，人们发现深度学习算法在测量中的噪声消除、区域区分、提高分辨率、图像重建和表征方面具有吸引力（Valušis 等人，2021年;格齐马蒂和辛格2022b）。
这实现了紧凑型，室温操作和高太赫兹功率输出太赫兹发射器解决方案的开发，包括基于光纤飞秒激光器，中红外和室温操作和等离子体QCL的源，硅纳米晶体管，异质结场效应晶体管（HFET）或高电子迁移率晶体管（HMET），谐振隧道二极管（RTD）和真空电子源。紧凑型室温检测器和阵列也得到了快速发展，包括基于FET的检测器、基于二极管的传感和微测辐射热计，例如微机电系统（MEMS）。此外，正在通过计算成像（CI）开发高度集成的平台，允许连接先进的光学器件，现代传感设备和采集后信号处理，以提高系统性能，从而实现更快的采集，此类系统包括太赫兹压缩传感，太赫兹全息，太赫兹傅里叶成像，3D-THz成像和太赫兹超分辨率成像，如太赫兹近场成像和超分辨率正交确定性成像（SODI）。太赫兹纳米和纳米成像的最新进展包括散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）、纳米狭缝和太赫兹扫描隧道显微镜（THz-STM）。专业太赫兹成像技术已经得到发展，例如光场法、相敏干涉测量和零差光谱、室温太赫兹梳状光谱、被动太赫兹成像和调制连续波 （MCW） 太赫兹成像，这需要基于雷达的技术，如合成孔径雷达 （SAR） 成像。
此外，在太赫兹技术方面也取得了其他进步，例如光束形成和衍射光学元件，它们已经实现了无源光学元件的小型化，包括光栅，透镜，分束器，反射镜等。以及使用抗反射光学元件或印刷的被动光束导向，光学石墨特征和超材料。太赫兹成像的片上系统解决方案能够最终靠集成使用CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的混合太赫兹系统的片上传感和发射元件来实现。使用暗场成像和相衬实现了太赫兹范围内的空间滤波，还实现了支持人工智能 （AI） 的太赫兹系统（Yan 等人，2022年;瓦卢希斯等人，2021年;卡斯特罗-加缪等人，1999年;格齐马蒂和辛格 2022a、2022b、2022c）。
从这项工作中可以看出，太赫兹技术作为医疗保健发展的一种新颖和创新的方式的巨大潜力和令人印象深刻的进展，特别是癌症的医学诊断已经得到研究。太赫兹技术具有巨大的潜力，通过太赫兹辐射的显著特性，如低光子能量——无创、非破坏性、非电离和无与伦比的传感，彻底改变医疗保健技术，实现癌症早期诊断、治疗和患者护理。太赫兹技术已通过癌症应用的实验研究进行了研究（适用于癌症类型，包括但不限于乳腺癌、肺癌、脑癌、消化癌、皮肤癌和前列腺癌，以及癌症治疗的巨大潜力），并显示出作为补充 X 射线和 MRI 等传统技术的医学成像方式的潜力。尽管通过对太赫兹仪器（包括设备、小型化、重建算法、光源和探测器等）的不断改进，基于太赫兹的检测取得了显著的进步，但成像技术的发展尚未成熟，需要进一步发展太赫兹的广泛商业和技术可行应用以及临床应用。太赫兹成像的一些常见局限性包括商用太赫兹设备成本非常高、无法获得标准化工具和方法以实现结果比较和重现性、扫描速度长等。太赫兹辐射被水和目标组织下的含水液体高度吸收，导致穿透深度有限。此外，该技术仍然与缺乏判别精度、数据解释、数据可用性和分析、低分辨率、低信噪比、长扫描时间、环境条件对组织样品的影响（形状、流体含量等）有关。这在某种程度上预示着仍然需要通过研究和开发来探索和扩展太赫兹技术，以解决上述限制。在未来的交流中，我们希望通过开发基于机器学习的计算机辅助诊断（CAD）系统，报告获取的太赫兹癌症图像的诊断准确性和分析的提高。此外，未来的研究将研究太赫兹技术与人工智能、物联网、云计算、大数据分析、机器人技术等的整合。用于更复杂的系统。这将促进太赫兹的大规模临床应用，并适用于下一代医疗保健，应该是智能和互联的。可以探索太赫兹辐射对生物组织影响的研究，开发具有成本效益、紧凑和灵敏的太赫兹成像系统，可以标准化用于临床试验，应该是未来研究的范围。此外，建立标记和共享的太赫兹癌症图像数据集将促进以数据为中心的研究并支持学术研究。
