Thuật toán Radom Walk – Giải pháp thông minh cho hình ảnh Raman hiệu quả hơn

16/04/2026

Về thuật toán Random Walk

Đây là một kỹ thuật quét tiên tiến trong kính hiển vi Raman. Khác với phương pháp truyền thống quét tuần tự từng điểm, Random Walk “tìm kiếm” tín hiệu Raman một cách thông minh hơn.

Khi phát hiện tín hiệu Raman, laser sẽ quét xung quanh cho đến khi tín hiệu giảm hoặc biến mất.
Sau đó, hệ thống “lập kế hoạch” bước tiếp theo đến vị trí tối ưu nhất.
Nhờ vậy, quá trình thu thập dữ liệu nhanh hơn, tránh lãng phí thời gian vào những vùng “trống” không có tín hiệu.

Kết quả: tốc độ phân tích mẫu tăng đáng kể, hình ảnh Raman thu được chính xác hơn trong thời gian ngắn hơn.

Ảnh 1: Trái: quét Raman theo cách truyền thống; Phải: Quét Raman sử dụng thuật toán RamanWalk

Công nghệ làm nên sự khác biệt

Galvanoscanner: điều khiển chính xác vị trí điểm laser trên mẫu, nhanh hơn nhiều so với việc di chuyển bàn mẫu.
Nguyên lý ngẫu nhiên (Stochastic Process): laser bắt đầu từ điểm bất kỳ và “bước đi” theo hướng có khả năng xuất hiện tín hiệu Raman.
Quét dựa trên entropy: tập trung vào vùng có nhiều thông tin hữu ích, tối ưu hiệu quả quét.
Mẫu tìm kiếm thích ứng: tự động điều chỉnh theo đặc tính tán xạ của mẫu, giúp phát hiện cả những tín hiệu yếu hoặc thưa thớt.

Hiệu quả thực tế

Thí nghiệm với hạt nhựa trên kính: hình ảnh Random Walk sau 10 phút đã thể hiện rõ đặc điểm mẫu, trong khi phương pháp truyền thống cần đến 23 phút.

Ảnh 2: Hình ảnh trực quan (A), hình ảnh Raman truyền thống sau 10 phút (B), và hình ảnh Raman Random Walk sau 10 phút (C). Rõ ràng, (C) mang lại một bức tranh đại diện hơn nhiều về mẫu.

Hình 3 trình bày sự so sánh trực tiếp giữa ảnh nội suy được tạo ra từ (C) với tổng thời gian đo là 10 phút và ảnh Raman truyền thống quét từng điểm sau 23 phút. Ngay cả khi quan sát kỹ, tất cả các đặc điểm của mẫu đều được thể hiện rõ ràng trong ảnh nội suy.

Việc nội suy có thể bật hoặc tắt và được thực hiện trực tiếp khi ảnh được thu nhận, giúp làm rõ trạng thái mẫu và các thành phần bên trong chỉ trong chưa đến một nửa thời gian. Nếu cần, người dùng có thể hoàn tất phép đo, tạo ra một ảnh Raman tương đương với ảnh truyền thống. Bằng cách tiết kiệm hơn một nửa thời gian, việc tìm kiếm các ROI (vùng quan tâm) có thể được tăng tốc đáng kể.

Ảnh 3: So sánh trực tiếp phép đo ‘Random Walk’ sau 10 phút với ảnh Raman hoàn chỉnh sau 23 phút. Chỉ với chưa đến 50% thời gian đo thông thường, tất cả các đặc trưng quan trọng đều được phân giải đầy đủ.

Mẫu mô hạt lúa mạch: chỉ sau 5 phút quét bằng Random Walk, hình ảnh đã gần như tương đương với kết quả hoàn chỉnh sau 19 phút.

Ảnh 4: Hình ảnh Raman của lát mô hạt lúa mạch. Bên trái là phép đo nội suy ‘Random Walk’ sau 5 phút. Bên phải là ảnh Raman hoàn chỉnh sau 19 phút.

Điều này chứng minh: Random Walk tiết kiệm hơn 50% thời gian đo mà vẫn đảm bảo độ chính xác.

Kính hiển vi Raman – RamanWalk

Kính hiển vi RAMANwalk của Bruker được trang bị một hệ thống hoàn toàn tự động, hỗ trợ chụp ảnh Raman 2D và 3D một cách thuận tiện. Thiết bị sử dụng gương galvanometer để quét chùm laser trên mẫu thay vì di chuyển bàn mẫu. Điều này cho phép độ chính xác vị trí lên đến 10 nm và tốc độ quét nhanh hơn hàng trăm lần so với các bàn cơ học.

Để đảm bảo kết quả tốt nhất, kính hiển vi có thiết kế confocal với khả năng tự hiệu chuẩn và tự căn chỉnh. Các phép đo có thể được thực hiện ở giới hạn nhiễu xạ theo phương ngang và đạt độ phân giải <1 µm theo phương trục.