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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Aplicação de redes neurais convolucionais a imagens de modelos térmicos para a estimativa de tamanho e posição de inclusões que simulam tumores mamários
Alternate title (s): Application of convolutional neural networks to thermal model images for the estimation of size and position of inclusions that simulate breast tumors
Author: Vieira, João Marcos Gomes
First Advisor: Guimarães, Gilmar
First coorientator: Menegaz, Gabriela Lima
First member of the Committee: Guimarães, Gilmar
Second member of the Committee: Menegaz, Gabriela Lima
Third member of the Committee: Moura, Luís Mauro
Fourth member of the Committee: Duarte, Marcus Antônio Viana
Summary: O câncer de mama é a neoplasia mais prevalente e mortal entre mulheres em todo o mundo, o que destaca a necessidade urgente de estratégias de detecção precoce que sejam precisas, seguras e acessíveis. A mamografia, embora seja o padrão ouro, apresenta limitações, incluindo exposição repetida à radiação, sensibilidade reduzida em mamas densas e dependência da interpretação de especialistas, enquanto a ultrassonografia e a ressonância magnética aumentam o custo e a complexidade. A termografia infravermelha surge como uma alternativa não invasiva, de baixo custo e livre de radiação, mas a inspeção visual isoladamente carece de sensibilidade para detectar tumores profundos ou pequenos. Nesse contexto, métodos de aprendizado de máquina têm se mostrado promissores na extração de padrões térmicos sutis além da percepção humana. Este estudo implementa e treina em Python com a biblioteca Tensorflow redes neurais convolucionais para aprender a posição e o diâmetro de uma inclusão esférica em modelos térmicos, utilizando mapas de temperatura em estado estacionário gerados por meio de simulações de elementos finitos no Ansys Mechanical. A metodologia é aplicada a dois modelos térmicos: i) paralelepípedo: simulando experimento realizado em um paralelepído de silicone com inclusão de esferas aquecidas por resistores térmicos, a rede neural treinada com 270 matrizes (27x39) atingiu precisão de 99,10% e sensibilidade de 98,10%, e foi capaz de prever corretamente a posição e o diâmetro da inclusão quando aplicada a um termograma experimental. ii) modelo anatômico: simulando tecido tumoral metabolicamente ativo imerso em geometria anatômica da mama que representa tecido mamário saudável, a rede neural treinada com 965 matrizes (50x50) atingiu precisão de 97,63% e sensibilidade de 95,62%. Esses resultados demonstram que uma rede neural pode aprender de forma confiável características geométricas e físicas relacionadas a inclusões (que simulam a presença de tumores) a partir de dados térmicos de baixa resolução, indicando a viabilidade do uso de inteligência artificial aplicada a imagens térmicas para a detecção de tumores.
Abstract: Breast cancer is the most prevalent and deadly neoplasm among women worldwide, highlighting the urgent need for early detection strategies that are accurate, safe, and accessible. Mammography, while the gold standard, has limitations, including repeated radiation exposure, reduced sensitivity in dense breasts, and reliance on expert interpretation, while ultrasound and magnetic resonance imaging increase cost and complexity. Infrared thermography emerges as a non-invasive, low-cost, and radiation-free alternative, but visual inspection alone lacks the sensitivity to detect deep or small tumors. In this context, machine learning methods have shown promise in extracting subtle thermal patterns beyond human perception. This study implements and trains convolutional neural networks in Python using the Tensorflow library to learn the position and diameter of a spherical inclusion in thermal models, using steady-state temperature maps generated through finite element simulations in Ansys Mechanical. The methodology is applied to two thermal models: i) parallelepiped: simulating an experiment performed on a silicon parallelepiped with inclusions of spheres heated by thermal resistors, the neural network trained with 270 matrices (27x39) achieved an accuracy of 99.10% and a sensitivity of 98.10%, and was able to correctly predict the position and diameter of the inclusion when applied to an experimental thermogram. ii) anatomical model: simulating metabolically active tumor tissue immersed in anatomical breast geometry representing healthy breast tissue, the neural network trained with 965 matrices (50x50) achieved an accuracy of 97.63% and a sensitivity of 95.62%. These results demonstrate that a neural network can reliably learn geometric and physical characteristics related to inclusions (which simulate the presence of tumors) from low-resolution thermal data, indicating the feasibility of using artificial intelligence applied to thermal images for tumor detection.
Keywords: Câncer de mama
Imagens térmicas
Simulações
Termografia
Redes neurais
Breast cancer
Thermal images
Simulations
Thermography
Neural Networks
Engenharia Mecânica
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
Subject: Engenharia mecânica
Mecânica dos fluidos
Inteligência artificial - Aplicações médicas
Mamas - Câncer
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: VIEIRA, João Marcos Gomes. Aplicação de redes neurais convolucionais a imagens de modelos térmicos para a estimativa de tamanho e posição de inclusões que simulam tumores mamários. 2026. 149 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.5503.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.5503
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49158
Date of defense: 26-Feb-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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