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Detecção de tumores cutâneos via inferência bayesiana com transformada integral das medidas de temperatura

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Quintes, Kaio Valente lattes
Outros Autores: kaiovalente10@hotmail.com
Orientador(a): Abreu, Luiz Alberto da Silva lattes, Knupp, Diego Campos lattes
Banca de defesa: Stutz, Leonardo Tavares lattes, Silva, Wellington Betencurte da lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24890
Resumo: In this work, the analytical solution of a bioheat transfer problem considering a single layer of skin, described by a linear three-dimensional partial differential equation, was determined using the Classical Integral Transform Technique, considering a filtering approach to accelerate convergence. This solution was used to solve an inverse problem of identifying parameters present in the classical bioheat transfer equation, where the estimated parameter was the blood perfusion parameter. A Bayesian inference approach was applied to solve the inverse problem using the Markov chain Monte Carlo method implemented by the Metropolis-Hastings algorithm with different transition distributions. The computational codes were implemented on the Wolfram Mathematica platform and in the Python programming language. The results obtained considered simulated temperature measurements, as well as the integral transforms of these temperature measurements, and allowed an analysis under uncertainty of the inverse problem. Furthermore, they demonstrated the possibility of detection of tumors via non-invasive procedures with a low computational cost provided by the analytical solution of the associated direct problem and also by the use of measurements in the transformed field.
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Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Instituto Politécnico, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2025.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24890In this work, the analytical solution of a bioheat transfer problem considering a single layer of skin, described by a linear three-dimensional partial differential equation, was determined using the Classical Integral Transform Technique, considering a filtering approach to accelerate convergence. This solution was used to solve an inverse problem of identifying parameters present in the classical bioheat transfer equation, where the estimated parameter was the blood perfusion parameter. A Bayesian inference approach was applied to solve the inverse problem using the Markov chain Monte Carlo method implemented by the Metropolis-Hastings algorithm with different transition distributions. The computational codes were implemented on the Wolfram Mathematica platform and in the Python programming language. The results obtained considered simulated temperature measurements, as well as the integral transforms of these temperature measurements, and allowed an analysis under uncertainty of the inverse problem. Furthermore, they demonstrated the possibility of detection of tumors via non-invasive procedures with a low computational cost provided by the analytical solution of the associated direct problem and also by the use of measurements in the transformed field.Neste trabalho a solução analítica de um problema de biotransferência de calor em uma única camada da pele, descrito por uma equação diferencial parcial linear tridimensional, foi obtida via Técnica da Transformada Integral Clássica considerando uma abordagem de filtragem visando aceleração da convergência. Essa solução foi utilizada na solução de um problema inverso de identificação de parâmetros presentes na equação clássica de biotransferência de calor, onde foi estimado o parâmetro de perfusão sanguínea. Empregou-se uma abordagem via inferência bayesiana na solução do problema inverso, por meio do método de Monte Carlo com cadeias de Markov implementado pelo algoritmo de Metropolis-Hastings com diferentes distribuições de transição. Os códigos computacionais foram implementados na plataforma Wolfram Mathematica e na linguagem de programação Python. Os resultados obtidos, consideraram medições simuladas de temperatura, bem como, transformadas integrais dessas medições de temperatura, e permitiram uma análise sob incerteza do problema inverso. Além disso, demonstraram a possibilidade de detecção de tumores via procedimentos não invasivos com um baixo custo computacional, proporcionado pela solução analítica do problema direto associado e também pelo uso de medições no campo transformado.Submitted by Fernanda Souza Cruz CTC/E (fernandacruz.souza@gmail.com) on 2025-10-17T18:15:32Z No. of bitstreams: 3 Dissertação - Kaio Valente Quintes - 2025 - Completa.pdf: 1612486 bytes, checksum: 977d052e8e394dd276140bf696a106da (MD5) CRN - Kaio Valente Quintes - 2025.pdf: 207719 bytes, checksum: fe32b2e3b7f4768d9288aa4251c34e23 (MD5) Termo - Kaio Valente Quintes - 2025.pdf: 326107 bytes, checksum: 126defcc1442b7ea886da9f637ff6cc4 (MD5)Approved for entry into archive by Fernanda Souza Cruz CTC/E (fernandacruz.souza@gmail.com) on 2025-10-17T18:28:49Z (GMT) No. of bitstreams: 3 Dissertação - Kaio Valente Quintes - 2025 - Completa.pdf: 1612486 bytes, checksum: 977d052e8e394dd276140bf696a106da (MD5) CRN - Kaio Valente Quintes - 2025.pdf: 207719 bytes, checksum: fe32b2e3b7f4768d9288aa4251c34e23 (MD5) Termo - Kaio Valente Quintes - 2025.pdf: 326107 bytes, checksum: 126defcc1442b7ea886da9f637ff6cc4 (MD5)Made available in DSpace on 2025-10-17T18:28:49Z (GMT). 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charset=utf-82011http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/24890/5/license.txtba23dde015e31ff1802d858071d990cdMD55ORIGINALDissertação - Kaio Valente Quintes - 2025 - Completa.pdfDissertação - Kaio Valente Quintes - 2025 - Completa.pdfapplication/pdf1612486http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/24890/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Kaio+Valente+Quintes+-+2025+-+Completa.pdf977d052e8e394dd276140bf696a106daMD52CRN - Kaio Valente Quintes - 2025.pdfCRN - Kaio Valente Quintes - 2025.pdfapplication/pdf207719http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/24890/3/CRN+-+Kaio+Valente+Quintes+-+2025.pdffe32b2e3b7f4768d9288aa4251c34e23MD53Termo - Kaio Valente Quintes - 2025.pdfTermo - Kaio Valente Quintes - 2025.pdfapplication/pdf326107http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/24890/4/Termo+-+Kaio+Valente+Quintes+-+2025.pdf126defcc1442b7ea886da9f637ff6cc4MD541/248902025-10-17 15:29:26.286oai:www.bdtd.uerj.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032026-05-27T10:56:40.998480Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
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