In this work, a two-dimensional model based on the Pennes equation was developed to analyze the behavior of the temperature distribution in the head of a newborn under cooling induced by the use of a cap. Three cases were considered, including: healthy brain condition, local ischemic condition and total ischemic condition. For the ischemic regions, the blood perfusion was reduced by 80% of its normal value. In the other regions, the perfusion was considered as temperature dependent. The numerical solution for the temperature field was obtained using the finite volume method. The computational code was implemented in Matlab and its verification was made by comparing the results obtained for the direct problem with the results obtained in an equivalent bioheat transfer model built in COMSOL. The verification of the solution of the direct problem was made through the analysis of the mesh convergence and through an energy balance. The solution of the state estimation problem was obtained with the sampling importance resampling algorithm, SIR, of the particle filter method. Noninvasive synthetic temperature measurements, at three points on the surface of the head and at a point on the exit of the cooling cap, were considered available. It was noticed that, depending on the uncertainties associated with the state evolution model and with the observation model, the algorithm was able to estimate the expected exact temperatures. As for the regions where the measurements were available, the algorithm exhibited good accuracy in the estimates for all cases studiedNeste trabalho, foi desenvolvido um modelo bidimensional baseado na equação de Pennes para analisar o comportamento da distribuição de temperatura na cabeça de um recém-nascido sob resfriamento, induzido pelo uso de uma touca. Três casos foram considerados, dentre eles: condição de cérebro saudável, condição isquêmica local e condição isquêmica total. Para as regiões isquêmicas, a perfusão sanguínea foi diminuída em 80% do valor normal. Nas demais regiões, a perfusão foi considerada dependente da temperatura. A solução numérica para o campo de temperatura foi obtida através do método dos volumes finitos. O código computacional foi implementado no ambiente Matlab e sua verificação foi feita através da comparação dos resultados obtidos para problema direto com os resultados obtidos em um modelo de biotransferência de calor equivalente construído no COMSOL. A verificação da solução do problema direto foi feita através da análise de convergência de malha e através de um balanço de energia. A solução do problema inverso de estimativa de estado foi feita através do algoritmo de amostragem e reamostragem por importância SIR do método do filtro de partículas. Considerou-se disponíveis medidas sintéticas de temperatura, não invasivas, localizadas em três pontos na superfície da cabeça e em um ponto na saída da touca de resfriamento. Notou-se que, dependendo das incertezas associadas ao modelo de evolução de estado e ao modelo de observação, o algoritmo foi capaz de estimar as temperaturas exatas esperadas. Nas regiões onde há medidas, o algoritmo mostrou grande eficiência nas estimativas