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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49158| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| Título: | Aplicação de redes neurais convolucionais a imagens de modelos térmicos para a estimativa de tamanho e posição de inclusões que simulam tumores mamários |
| Título (s) alternativo (s): | Application of convolutional neural networks to thermal model images for the estimation of size and position of inclusions that simulate breast tumors |
| Autor: | Vieira, João Marcos Gomes |
| Primer orientador: | Guimarães, Gilmar |
| Primer coorientador: | Menegaz, Gabriela Lima |
| Primer miembro de la banca: | Guimarães, Gilmar |
| Segundo miembro de la banca: | Menegaz, Gabriela Lima |
| Tercer miembro de la banca: | Moura, Luís Mauro |
| Cuarto miembro de la banca: | Duarte, Marcus Antônio Viana |
| Resumen: | 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. |
| Palabras clave: | Câncer de mama Imagens térmicas Simulações Termografia Redes neurais Breast cancer Thermal images Simulations Thermography Neural Networks Engenharia Mecânica |
| Área (s) del CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA |
| Tema: | Engenharia mecânica Mecânica dos fluidos Inteligência artificial - Aplicações médicas Mamas - Câncer |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Programa: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
| Cita: | 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. |
| Identificador del documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.5503 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49158 |
| Fecha de defensa: | 26-feb-2026 |
| Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): | ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades. |
| Aparece en las colecciones: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica |
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| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
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