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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Comparação entre modelos de redes neurais U-Net e U-Net Fuzzy para mensurar regiões de imagens de ultrassonografia bovina
Alternate title (s): Comparison of neural network models U-Net and Fuzzy U-Net for measuring regions in bovine ultrasound images
Author: Lima, Victor Patrick Sena Barbosa
First Advisor: Jafelice, Rosana Sueli
First coorientator: Santos, Caio Augusto
First member of the Committee: Silva, José Waldemar
Second member of the Committee: Colnago, Marilaine
Summary: A pecuária bovina é um dos pilares fundamentais da economia brasileira. A ultrassonografia de carcaça permite mensurar, in vivo, a Área de Olho de Lombo (AOL) e as Espessuras de Gordura Subcutânea do Lombo (EGL) e da Garupa (EGG), caracterı́sticas relacionadas à mus- culosidade e desenvolvimento precoce de bovinos. Entretanto, a obtenção dessas medidas ainda depende, predominantemente, da delimitação manual e interpretação realizadas por especialis- tas, um processo subjetivo, demorado e suscetı́vel à variabilidade entre avaliadores. O objetivo deste trabalho é desenvolver e comparar dois modelos para delimitar e mensurar automatica- mente esses indicadores em imagens de ultrassom de duas raças bovinas. O primeiro modelo é uma rede neural convolucional U-Net com abordagem Multitarefa e o segundo, U-Net Fuzzy, é uma U-Net integrada ao Sistema de Inferência Neuro-Fuzzy Adaptativo, em inglês Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS). As imagens foram obtidas de animais vivos do Centro Avançado de Pesquisa e Desenvolvimento de Bovinos de Corte, Instituto de Zootecnia, SAA- SA, localizado em Sertãozinho - SP, totalizando 135 imagens, das quais 108 são da raça Nelore e 27 da raça Caracu, que foram ampliadas por técnicas de expansão de dados, como a inclusão das mesmas imagens com redução e aumento de brilho. As máscaras de segmentação utiliza- das como referência, conhecidas como ground truth, foram criadas manualmente com o auxı́lio de uma especialista, consistindo em imagens binárias utilizadas para isolar regiões especı́ficas dentro da imagem, servindo como referência para o treinamento e avaliação dos modelos. O de- sempenho dos modelos são avaliados por meio de métricas como acurácia, erro absoluto médio, em inglês Mean Absolute Error (MAE) e o coeficiente de Dice, que quantifica a similaridade entre a segmentação produzida pelo modelo e as máscaras de segmentação desenvolvidas pela especialista. Os resultados indicam que o modelo U-Net Fuzzy é superior ao modelo U-Net Multitarefa para mensurar os indicadores AOL e EGG em todas as métricas de avaliação, com destaque para a acurácia de 95, 15% na AOL e 99, 95% na EGL. Em contrapartida, tanto a U-Net Multitarefa quanto a U-Net Fuzzy apresentam desempenho semelhante para o indica- dor EGG. Por fim, foi desenvolvido um aplicativo computacional capaz de detectar regiões especı́ficas e medir automaticamente os indicadores de interesse em imagens de ultrassom de bovinos utilizando ambos os modelos, podendo auxiliar nos processos de seleção e manejo dos rebanhos.
Abstract: Beef cattle production is one of the fundamental pillars of the Brazilian economy. Carcass ultrasonography enables the in vivo measurement of the Longissimus Muscle Area (LMA) and the Backfat Thickness (BFT) and Rump Fat Thickness (RFT), traits associated with mus- cularity and early development in cattle. However, obtaining these measurements still relies predominantly on manual delineation and interpretation performed by specialists, making the process subjective, time-consuming, and susceptible to inter-observer variability. The objec- tive of this study is to develop and compare two models for the automatic segmentation and measurement of these indicators in ultrasound images from two cattle breeds. The first model is a multitask U-Net convolutional neural network, while the second, termed Fuzzy U-Net, in- tegrates a U-Net architecture with an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS). The images were obtained from live animals at the Advanced Center for Beef Cattle Research and Development of the Institute of Animal Science (SAA-SP), located in Sertãozinho, São Paulo, Brazil. A total of 135 images were collected, including 108 from the Nelore breed and 27 from the Caracu breed. The dataset was expanded through data augmentation techniques, such as the inclusion of images with increased and decreased brightness. The segmentation masks used as reference, known as ground truth masks, were manually created with the assistance of a specialist. These masks consisted of binary images used to isolate specific regions within the ultrasound images, serving as references for model training and evaluation. Model performance was assessed using metrics such as accuracy, Mean Absolute Error (MAE), and the Dice coeffi- cient, which quantifies the similarity between the segmentation generated by the model and the reference masks produced by the specialist. The results indicate that the Fuzzy U-Net model outperforms the Multitask U-Net model in measuring the LMA and BFT indicators across all evaluation metrics, achieving accuracies of 95.15% for LMA and 99.95% for BFT. In contrast, both the Multitask U-Net and Fuzzy U-Net models exhibited similar performance for the RFT indicator. Finally, a computational application was developed to automatically detect specific regions and measure the indicators of interest in bovine ultrasound images using both models. This tool has the potential to assist in cattle selection and herd management.
Keywords: Ultrassonografia bovina
Delimitação de imagens
Redes neurais
U-Net
ANFIS
Bovine ultrasonography
Image delineation
Neural networks
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA::ANALISE NUMERICA
Subject: Matemática
Bovinos - Melhoramento genético
Bovinos de corte – Avaliação
Processamento de imagens - Técnicas digitais
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Matemática
Quote: LIMA, Victor Patrick Sena Barbosa. Comparação entre modelos de redes neurais U-Net e U-Net Fuzzy para mensurar regiões de imagens de ultrassonografia bovina. 2026. 136 f. Dissertação (Mestrado em Matemática) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.523.
Document identifier: https://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.523
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50513
Date of defense: 28-Jul-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 8. Trabalho decente e crescimento econômico - Promover o crescimento econômico sustentado, inclusivo e sustentável, emprego pleno e produtivo, e trabalho decente para todos.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Matemática

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