Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-31T22:34:35Z No. of bitstreams: 1 RONY MARCOLINO DE ANDRADE – DISSERTAÇÃO (PPGCC) 2016.pdf: 3165388 bytes, checksum: e26452f5e3e73c3c717d633f0d6743b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-31T22:34:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RONY MARCOLINO DE ANDRADE – DISSERTAÇÃO (PPGCC) 2016.pdf: 3165388 bytes, checksum: e26452f5e3e73c3c717d633f0d6743b7 (MD5) Previous issue date: 2016-03-02 / Os Sistemas Físico-Cibernéticos (SFC) são sistemas que surgiram da confluência da conectividade das redes, dos dispositivos embarcados e do controle computacional sobre processos físicos. Dessa forma os SFC se caracterizam como sistemas de controle, monitoramento e supervisão com componentes físicos e virtuais, que dependem de agentes humanos no processo. Nesse sentido, a combinação dos SFC à física dinâmica e complexa dos pacientes clínicos faz surgir uma classe distintas de sistemas médicos denominada de Sistemas Médicos Físico-Cibernéticos (SMFC). No domínio industrial há plantas que possuem sensores e atuadores que muitas vezes dependem de agentes humanos para manutenção e controle. Diferentemente, no domínio da saúde, o ser humano é o próprio processo a ser controlado, onde sensores e atuadores são os dispositivos médicos, e os agentes humanos são os cuidadores. Esse trabalho propõe uma abordagem para a construção de modelos de dispositivos médicos, como parte de um conjunto de artefatos para apoiar os testes de SMFC. Esta abordagem se baseia em modelos de referência que simulam o funcionamento de dispositivos médicos. Especificações técnicas fornecidas pelos fabricantes desses dispositivos, juntamente com diretrizes disponibilizadas por agências reguladoras, foram utilizadas para a definição da abordagem proposta. Além disso, um estudo de caso com três dispositivos médicos foi desenvolvido com o fim de validar a abordagem, criando artefatos e modelos de referência. / Cyber-Physical Systems (CPS) are systems that have emerged from the confluence of the connectivity of networks, embedded devices and computer control of physical processes. Thus, SFC are characterized as control, monitoring and supervision systems with physical and virtual components, which depend on human agents in the process. In this sense, the combination of SFC dynamic and complex physics of medical patients enable a distinct class of medical systems called Medical Cyber Physical Systems (MCPS). In the industrial area, there are plants with sensors and actuators that often rely on human agents for maintenance and control. On the other hand, in the field of health, human being is the process itself to be controlled, where sensors and actuators are medical devices and human agents are caregivers. MCPS perform monitoring and control of human health with high levels of security. This paper proposes an approach to build models of medical devices, as part of a set of artifacts to support MCPS testing. This approach is based on reference models which simulate the operation of medical devices. Technical specifications provide by manufacturers of these devices, along with guidelines provided by regulatory agencies, were used for the definition of the proposed approach. Moreover, a case study with three medical device was designed to validate the approach, creating some artifacts and reference models.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-05-09T17:24:59Z No. of bitstreams: 1 LENARDO CHAVES E SILVA - TESE PPGCC 2015..pdf: 9863003 bytes, checksum: b4ff7a7517f3ec159596b4b3c8730219 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-09T17:24:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LENARDO CHAVES E SILVA - TESE PPGCC 2015..pdf: 9863003 bytes, checksum: b4ff7a7517f3ec159596b4b3c8730219 (MD5) Previous issue date: 2015-11-12 / Capes / Sistemas Médicos Físico-Cibernéticos (SMFC) são sistemas críticos cientes de contexto que têm a segurança do paciente como principal requisito, demandando processos rigorosos de validação para garantir a conformidade com os requisitos do usuário e a corretude orientada à especificação. Neste trabalho é proposta uma arquitetura baseada em modelos para validação de SMFC, focando em promover a reúso e a produtividade. Tal abordagem permite que desenvolvedores de sistemas construam modelos formais de SMFC baseados em uma biblioteca de modelos de pacientes e dispositivos médicos, bem como simular o SMFC para identificar comportamentos indesejados em tempo de projeto. A abordagem proposta foi aplicada a três diferentes cenários clínicos para avaliar seu potencial de reúso para diferentes contextos. A abordagem foi também validada por meio de uma avaliação empírica com desenvolvedores para avaliar o reúso e a produtividade. Finalmente, os modelos foram formalmente verificados considerando os requisitos funcionais e de segurança, além da cobertura dos modelos. / Medical Cyber-Physical Systems (MCPS) are context-aware, life-critical systems with patient safety as the main concern, demanding rigorous processes for validation to guarantee user requirement compliance and specification-oriented correctness. In this article, we propose a model-based approach for early validation of MCPS, focusing on promoting reusability and productivity. It enables system developers to build MCPS formal models based on a library of patient and medical device models, and simulate the MCPS to identify undesirable behaviors at design time. Our approach has been applied to three different clinical scenarios to evaluate its reusability potential for different context. We have also validated our approach through an empirical evaluation with developers to assess productivity and reusability. Finally, our models have been formally verified considering functional and safety requirements and model coverage.