L'utilisation du formalisme des automates temporisés pour la modélisation et l'analyse des plans de soins à domicile

Using timed automata formalism for modeling and analyzing home care plans

• Auteur / Autrice : Kahina Gani
• Direction : Farouk Toumani, Rémi Bastide
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 02/12/2015
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique, de Modélisation et d'Optimisation des Systèmes
• Jury : Président / Présidente : Kamel Barkaoui
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Farouk Toumani, Rémi Bastide, Marinette Bouet, Elyes Lamine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kamel Barkaoui, Claude Godart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automates temporisés

Planification

Soins à domicile

Mots clés libres

Automates temporisés

Langage spécifique au domaine

Outils de verification UPPAAL

Plan de soins à domicile

Timed Automata

Domain Specific Language

UPPAAL Model Checker

Home Care Plan

Résumé

Dans cette thèse nous nous sommes intéressés aux problèmes concernant la conception et la gestion des plans de soins à domicile. Un plan de soins à domicile définit l'ensemble des activités médicales et/ou sociales qui sont menées jour après jour au domicile d'un patient. Ce plan de soins est généralement construit à travers un processus complexe impliquant une évaluation complète des besoins du patient ainsi que son environnement social et physique. La spécification de plans de soins à domicile est difficile pour plusieurs raisons: les plans de soins à domicile sont par nature des processus non structurés qui impliquent des activités répétitives mais irrégulières, dont la spécification requiert des expressions temporelles complexes. Ces caractéristiques font que les plans de soins à domicile sont difficiles à modéliser en utilisant les technologies traditionnelles de modélisation de processus. Tout d'abord, nous présentons l'approche basée sur les DSL (Langage spécifique au domaine) qui permet d'exprimer les plans de soins à domicile en utilisant des abstractions de haut niveau et orientées utilisateur. Le DSL nous permet à travers cette thèse de proposer un langage de temporalités permettant de spécifier les temporalités des activités du plan de soins à domicile. Ensuite, nous décrivons comment les plans de soins à domicile, formalisés grâce aux automates temporisés, peuvent être générés à partir de ces abstractions. Nous proposons une approche en trois étapes qui consiste à: (i) le mapping entre les spécifications temporelles élémentaires et les automates temporisés appelés ''pattern automata'', (ii) la combinaison des ''patterns automata'' afin de construire les automates d'activités en utilisant l'algorithme de composition que nous avons déni, et aussi (iii) la construction de l'automate de plan de soins à domicile global. L'automate de plan de soins à domicile résultant englobe tous les schedules autorisés des activités pour un patient donné. Enfin, nous montrons comment la vérification et le suivi de l'automate du plan de soins à domicile résultant peuvent être faits en utilisant des techniques et des outils existants, en particulier en utilisant l'outil de verification UPPAAL.

In this thesis we are interested in the problems underlying the design and the management of home care plans. A home care plan defines the set of medical and/or social activities that are carried out day after day at a patient's home. Such a care plan is usually constructed through a complex process involving a comprehensive assessment of patient's needs as well as his/her social and physical environment. Specication of home care plans is challenging for several reasons: home care plans are inherently nonstructured processes which involve repetitive, but irregular, activities, whose specification requires complex temporal expressions. These features make home care plans difficult to model using traditional process modeling technologies. First, we present a DSL (Domain Specific Language) based approach tailored to express home care plans using high level and user-oriented abstractions. DSL enables us through this thesis to propose a temporalities language to specify temporalities of home care plan activities. Then, we describe how home care plans, formalized as timed automata, can be generated from these abstractions. We propose a three-step approach which consists in (i) mapping between elementary temporal specifications and timed automata called Pattern automata, (ii) combining patterns automata to build the activity automata using our composition algorithm and then (iii) constructing the global care plan automaton. The resulting care plan automaton encompasses all the possible allowed schedules of activities for a given patient. Finally, we show how verification and monitoring of the resulting care plan can be handled using existing techniques and tools, especially using UPPAAL Model Checker.