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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16502
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Modelagem computacional e estimativa de propriedade óptica via inferência Bayesiana com aplicações em processos que envolvam hipertermia e ablação térmica |
Título(s) alternativo(s): | Computational modeling and optical property estimation by Bayesian inference for hyperthermia and ablation procedures |
Autor: | Ventura, Ingrid Mabel ![]() |
Primeiro orientador: | Abreu, Luiz Alberto da Silva |
Segundo orientador: | Loiola, Bruna Rafaella |
Primeiro membro da banca: | Knupp, Diego Campos |
Segundo membro da banca: | Varon, Leonardo Antonio Bermeo |
Resumo: | Este trabalho apresenta um procedimento computacional para realização de estimativas do coeficiente de atenuação efetivo de tecidos biológicos. Esse coeficiente é uma propriedade óptica dos materiais e pode variar de pessoa para pessoa em um mesmo tipo de tecido. Desse modo, ter conhecimento individual dessa propriedade proporciona um adequado planejamento para os tratamentos térmicos a laser utilizados na área da saúde. Na estimativa de parâmetros realizada, a equação clássica de biotransferência de calor foi empregada na modelagem matemática do problema físico proposto, sendo considerado um laser de feixe Gaussiano como fonte de calor externa. A técnica da Transformada Integral Generalizada, em uma abordagem de transformação parcial, foi aplicada na solução do problema direto e verificada com soluções puramente numéricas obtidas com o software COMSOL Multiphysics® e via outros métodos, apresentando boa concordância gráfica e numérica. Na solução do problema inverso foi aplicada a inferência Bayesiana pelo método de Monte Carlo via cadeia de Markov por meio do algoritmo Metropolis-Hastings para estimar o coeficiente de atenuação efetivo para a próstata humana em casos de hipertermia e ablação a laser utilizando medidas sintéticas de temperatura. Nas situações simuladas foi possível estimar corretamente o coeficiente óptico, além de contabilizar as incertezas presentes nos parâmetros de interesse do modelo físico-matemático. |
Abstract: | This work presents a computational analysis to estimate the effective attenuation coefficient of biological tissues. This coefficient is an optical property of materials and can vary from person to person in the same type of tissue and depending on the environmental conditions. Thus, an individualized knowledge of this property is important to adequately plan the thermal therapies when a laser is applied as heat source. Considering this relevance, this study used the classical bioheat transfer equation to model mathematically the bioheat transfer in a biological tissue heated by a continuous laser with a Gaussian beam. The direct problem was solved by the Generalized Integral Transform Technique with partial transformation scheme, and this solution was verified against the purely numerical solutions obtained with the software COMSOL Multiphysics® and by others methods. These solutions reveal an excellent graphical and numerical agreement. In the inverse analysis, the Bayesian inference is applied using the Markov chain Monte Carlo method performed with Metropolis-Hastings algorithm considering simulated temperature measurements to estimate the effective attenuation coefficient of the human prostate in simulated hyperthermia and ablation therapies. In all considered situations, the attenuation coefficient is accurately estimated and the uncertainties related to others parameters presented in the physical-mathematical model was quantified by applying the Bayesian framework. |
Palavras-chave: | Effective attenuation coefficient Bioheat transfer Inverse problems Bayesian inference Tratamento térmico Testes de estimação Transferência de calor Modelos matemáticos Problemas inversos (Equações diferenciais) Modelagem computacional Coeficiente de atenuação efetivo Biotransferência de calor Problemas inversos Inferência Bayesiana |
Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional |
Citação: | VENTURA, Ingrid Mabel. Modelagem computacional e estimativa de propriedade óptica via inferência Bayesiana com aplicações em processos que envolvam hipertermia e ablação térmica. 2021. 134 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2021. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16502 |
Data de defesa: | 14-Mai-2021 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Modelagem Computacional |
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Dissertação - Ingrid Mabel Ventura - 2021 - Completa.pdf | 6,03 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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