Architecture de référence pour les systèmes d’e-santé à domicile dans la perspective de systèmes-de- systèmes

par Lina Maria Garcès Rodriguez

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Flavio Oquendo et de Elisa Yumi Nakagawa.

Soutenue le 18-05-2018

à Lorient en cotutelle avec l'Universidade de São Paulo (Brésil) , dans le cadre de École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) , en partenariat avec Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) (équipe de recherche) et de Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (laboratoire) .

Le jury était composé de Paulo, César Masiero, Raffaela Mirandola.

Les rapporteurs étaient Khalil Drira, Thaïs Vasconcelos Batista.


  • Résumé

    Le vieillissement de la population est une tendance mondiale. Selon les estimations, en 2050, 2,1 milliard de personnes seront âgés de 60 ans ou plus. Les logiciels d’aide aux soins de santé à domicile (ou en anglais Healthcare Supportive Home- HSH Systems) ont été proposés pour répondre à la forte demande de soins de santé à distance pour les personnes âgées vivant seules. Étant donné que les équipes de professionnels de la santé ont besoin de collaborer pour continuellement surveiller l’état de santé des patients souffrant de maladies chroniques, il est nécessaire de faire coopérer les systèmes logiciels d’e-santé préexistants. Cependant, les systèmes de HSH actuels sont propriétaires, monolithiques, fortement couplés et coûteux ainsi que la plupart d’entre eux ne considèrent pas les interactions dynamiques avec systèmes de e- Health fonctionnant à l’intérieur du domicile (e.g., des robots compagnons interactifs ou moniteurs d’activité) ni à l’extérieur de la maison. Ces systèmes sont parfois conçus et fondés sur des législations locales, des configurations des systèmes de santé spécifiques (e.g., publique, privé ou hybride), des plans nationaux de soins de santé, et des ressources technologiques disponibles ; leur réutilisation dans d’autres contextes est donc souvent limitée. De ce fait, les systèmes de HSH fournissent une vue limitée de l’état de santé des patients, sont difficiles à évoluer en fonction de l’évolution de la santé des patients et ne permettent pas la surveillance constante des patients. Ils ont des limites sérieuses pour aider l’autogestion des multiples maladies chroniques. En réponse à ces problématiques, cette thèse propose HomecARe, une architecture de référence pour permettre le développement des systèmes logiciel de HSH de qualité. HomecARe considère les systèmes HSH comment Systèmes-de-Systèmes (en anglais Systems-of- Systems - SoS) (i.e., systèmes complexes à grande échelle qui sont composées de systèmes hétérogènes, distribués, et avec indépendance opérationnelle et managériale), qui réalisaient leurs missions (e.g., l’amélioration de la qualité de vie des patients) grâce aux comportements qui émergent des collaborations entre les différents systèmes constitutifs. Pour établir HomecARe, un processus systématique pour la conception des architectures de référence a été adopté. HomecARe représente la connaissance du domaine et des solutions architecturales (e.g., patrons et stratégies d’architecture) en utilisant les points de vue architecturales des concepts, missions, et qualité. Pour évaluer HomecARe, un cas d’étude a été mené. Dans cette étude, HomecARe a été utilisé dans la conception de l’architecture logicielle du DiaManT@Home, un système de HSH pour l’assistance aux patients diabétiques. Les résultats montrent qui HomecARe est une solution viable pour guider le développement des systèmes de HSH réutilisables, interopérables, fiables, sécurisés, et adaptatifs. Cette thèse apporte d’importantes contributions dans les domaines d’e-santé, architectures logicielles, et architectures de référence de SoS.

  • Titre traduit

    A reference architecture for healthcare supportive home systems from a systems-of-systems perspective


  • Résumé

    Population ageing has been taking place all over the world, being estimated that 2.1 billion people will be aged 60 or over in 2050. Healthcare Supportive Home (HSH) Systems have been proposed to overcome the high demand of remote home care for assisting an increasing number of elderly people living alone. Since a heterogeneous team of healthcare professionals need to collaborate to continually monitor health status of chronic patients, a cooperation of pre-existing e-Health systems, both outside and inside home, is required. However, current HSH solutions are proprietary, monolithic, high coupled, and expensive, and most of them do not consider their interoperation neither with distributed and external e-Health systems, nor with systems running inside the home (e.g., companion robots or activity monitors). These systems are sometimes designed based on local legislations, specific health system configurations (e.g., public, private or mixed), care plan protocols, and technological settings available; therefore, their reusability in other contexts is sometimes limited. As a consequence, these systems provide a limited view of patient health status, are difficult to evolve regarding the evolution of patient’s health profile, do not allow continuous patients monitoring, and present limitations to support the self-management of multiple chronic conditions. To contribute to solve the aforementioned challenges, this thesis establishes HomecARe, a reference architecture for supporting the development of quality HSH systems. HomecARe considers HSH systems as Systems-of-Systems (SoS) (i.e., large, complex systems composed of heterogeneous, distributed, and operational and managerial independent systems), which achieve their missions (e.g., improvement of patients’ quality of life) through the behavior that emerges as result of collaborations among their constituents. To establish HomecARe, a systematic process to engineer reference architectures was adopted. As a result, HomecARe presents domain knowledge and architectural solutions (i.e., architectural patterns and tactics) described using conceptual, mission, and quality architectural viewpoints. To assess HomecARe, a case study was performed by instantiating HomecARe to design the software architecture of DiaManT@Home, a HSH system to assist at home patients suffering of diabetes mellitus. Results evidenced HomecARe is a viable reference architecture to guide the development of reusable, interoperable, reliable, secure, and adaptive HSH systems, bringing important contributions for the areas of e-Health, software architecture, and reference architecture for SoS.


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