多功能监护仪时钟同步系统的设计

2017-12-02崔雪雪

中国医学装备 2017年11期

孙凯崔雪雪*

多功能监护仪时钟同步系统的设计

孙凯①崔雪雪①*

目的：设计多功能床旁监护仪时钟同步系统，应用客观准确的技术手段实现多功能床旁监护仪时钟自动同步。方法：选用集成医疗保健事业(IHE)中的时间集成(CT)规范里定义的简单网络时间协议(SNTP)，采用适合医疗机构的时钟同步源，设计基于Windows平台的时钟同步系统。结果：时钟同步系统能够实现与原有监护系统整合连接，对医院在用的7套中央站监护系统进行整合连接，共接入58台多功能床旁监护仪，除手动同步方式外，卫星与互联网同步均可使58台床旁监护仪实现时钟实时同步。结论：多功能床旁监护仪时钟同步系统能够有效实现监护系统时钟同步，避免时钟不一致的潜在危险。同时能够与更多的急救设备连接实现时钟同步。

集成医疗事业；简单网络时间协议；中央站；时钟同步源；客户机与服务器模式

多功能床旁监护仪是临床必备的危重急救类设备，监护仪能够24 h动态监护、自动报警并记录检测到的患者生命体征数据，直接为临床提供各项生理参数，为临床治疗及抢救提供重要依据。由于监护设备临床依赖性极强，在临床发生病危、急救时，经常出现监护仪与医嘱电脑等仪器设备时间不一致，从而导致医嘱记录、病情变化时间与监护仪时间存在差异，不仅影响护理与医疗记录的准确性，同时直接影响到患者的生命救治与观察，从而导致潜在的危险。基于此，本研究对目前全面数字化的监护设备，应用客观准确的技术手段，实现时钟实时自动同步，避免潜在的医疗事件出现。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选用北京医院国家老年医学部病房楼内7个楼层的7套中央监护系统，每套监护系统均为独立网络，不与医院信息系统(hospital information system，HIS)等其他系统整合，每台监护中央站连接8～12台床旁监护仪，型号为PHILIPS-MP50及MP70。将监护系统中央站时钟手动统一至北京时间，并确保中央站主机主板电池更新时间在一年以内(排除主板电池失效)。中央站时钟改变后通过网络同步，可将所联监护床旁机时钟同步。记录每周、每月的监护中央站主机的时间变化程度，7套监护系统中央站的时间偏差情况见表1。

基于7套监护系统中央站时间的数值偏差，确定同型号的监护系统也会发生时钟不准确，且偏差全部为减少。因此，在医院内制定一套稳定可靠、经济有效的标准时间同步管理系统，对临床信息的记录具有重要的意义。

1.2 系统设计

1.2.1 时间同步系统分析

目前，监护仪系统不同于影像设备，不具有成熟的医学数字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)3.0标准，监护仪系统所使用的通信协议均为私有定制，在与第三方信息系统进行集成时，需要第三方系统根据私有通信协议进行解析，方能获取监护数据。因此，遵循集成医疗保健事业(integriting the healthcare enterpise，IHE)规范[1]中的基础设施技术(infrastructure technical，IT)框架，定义如何应用现有标准，以达到提供恰当的医疗信息共享，优化患者诊疗的集成目标，是整个IHE集成规范中重要的组成部分[1]。其中，时间集成(consistent time，CT)规范[2]具体定义一个事件及角色，以此来规范医疗机构网络中的多台电脑之间保证时间一致的工作流程。CT模式制定使用通讯系统的请求评论(request for comments，RFC)1305定义的网络时间协议(network time protocol，NTP)[3]。该标准协议用于在客户端和时间同步服务器之间进行时间同步。NTP使用比较复杂的算法，以达到高精度性的目的，在医疗监护系统应用中秒级的精度足够，因此选用简单网络时间协议(simple network time protocol，SNTP)[3]。SNTP简化原来的访问控制以及服务器迁移等方面的内容，在保证时间精度的前提下，可保持与NTP具有兼容性。

1.2.2 结构与设计

多功能监护系统基于局域网网络架构，由中央站和床旁机组成，监护床旁机能够同步中央站的时间，即服务器和客户端组成(如图1所示)。

图1 病房监护系统网络示图

表1 7套中央站的时间偏差情况

NTP的工作模式[4]分为3种：①主动和(或)被动对称模式，一对一的连接，双方均可同步对方或被对方同步，先发出申请建立连接的一方工作在主动模式下，另一方工作在被动模式下；②客户与服务器(client/server，C/S)模式，与主动和(或)被动模式基本相同。唯一区别在于，客户方可被服务器同步，但服务器不能被客户同步；③广播模式，一对多的连接，服务器不论客户工作在何种模式下，主动发出时间信息，客户由此信息调整自己的时间，此时网络延时忽略，因此在准确度上有影响，但可满足秒级应用。基于医疗设备的实际运行模式，选用第2种工作模式，即C/S模式[5]。监护系统中央站做为服务器，床旁监护做为客户端模式。在CT的集成规范[2]中定义了时间服务器和时间客户端2个功能角色，其功能角色和事务处理如图2所示。

图2 SNTP在C/S模式的工作方式示图

1.2.3 时间同步源的选用

时间同步源由北斗卫星同步、互联网同步和手动同步3种方式选择，如图3所示。

图3 三种时钟同步源示图

(1)北斗卫星同步。特点为同步精度最高，但成本高，需要专门的同步服务器及天线等硬件[6]。

(2)互联网同步。特点为控制平台联入互联网，实施简便、成本低，对于医疗设备信息系统接入互联网后安全性降低[7-8]。

(3)手动同步。特点为依赖人工同步标准时间，无须接入互联网或卫星同步所需硬件，降低网络安全隐患。

2 连接监护系统的时间同步总体设计

2.1 网络配置

将各层监护系统整合，监护系统中每台床旁机由默认IP应改为固定IP，从原来的动态获得改为指定IP，避免IP冲突。

2.2 硬件连接

监护系统中央站与时间同步系统连接，主机必须支持双网卡，中央站的外网卡配置成与时间同步网络相连[9]。卫星同步方法需将接收天线与卫星同步接收机连接，卫星与互联网同步方法相对于监护系统，设置为外网通过防火墙连接时间同步服务器，时间同步服务器通过监护中央站外网卡连接，监护中央站系统时间同步后监护床旁机会自动与中央站的时间同步，如图4所示。

图4 监护网络与时钟同步系统拓扑结构图

3 时钟同步系统软件设计

监护系统中央站为Windows XP系统，时钟同步系统开发采用微软的集成开发环境为Microsoft视觉工作室(visual studio，VS)[7-8]。开发环境包含时钟同步系统的服务器端和客户端，其流程如图5所示。同步系统中的同步服务器与客户端之间通讯使用.Net Framework[9]提供的SocketS进行通讯，系统实现中通过调用系统API函数[10]对系统时间进行操作，如图6所示。

图5 同步服务端流程框图

图6 客户端流程框图

表2 基于北斗卫星和互联网方法的7套中央站同步后偏差

4 时钟同步系统测试结果

(1)应用北斗卫星同步、互联网同步和手动同步3种同步方法分别对7套监护系统进行测试，时钟同步系统启动前记录的偏差值，不做时间调整，同步系统启动后全部实现时钟同步效果，北斗卫星和互联网同步方法很精确的实现了监护系统同步[11-12](见表2)。

(2)该系统在手动同步方法时，因人工操作存在系统延时，导致同步监护系统后延时2 min。经过3个月的时钟同步测试，7套监护系统所在的病房临床医护人员无需每周定时校队监护时间，尤其是在抢救时极大地避免了医嘱记录的差错，提高了医疗质量，降低了因时钟不同步造成的临床风险。

5 结语

监护仪是广泛应用于医疗机构的危重、急救类设备，使用时间同步系统能有效避免时间不一致及导致潜在的各类问题[12-13]。虽然IHE中的IT基础架构[14]里提出了时间一致性CT的规范流程和NTP标准的选用，但尚未明确同步技术的实现方法；且本系统目前只能支持Windows系统，日后还应与呼吸机、除颤器等更多的急救设备连接实现时钟同步，并有待进一步完善[15]。

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Design of clock synchronization system for multi-functional monitor

SUN Kai, CUI Xue-xue

Objective:To design a clock synchronization system for multi-functional monitor so as to apply objective and accurate technical means to realize automatic synchronization for clock of bedside multi-functional monitor.Methods:The simple network time protocol(SNTP)which was defined in the standard of consistent time(CT) from integrating the healthcare enterprise(IHE) were chosen and clock synchronization source which suited to medical organization were adopted, and all of them were applied to design clock synchronization system based on Windows platform.Results:The clock synchronization system can be integrated to connect with the original monitor system, and 7 central station monitor systems were integrated and connected, and total of 58 multifunctional monitors were joined up. Except manual synchronization mode, both of satellite and internet can achieve real time synchronization of clock for 58 bedside monitors.Conclusion:The clock synchronization system of bedside multi-functional monitor can effectively realize clock synchronization of monitor system, and it can avoid the potential risks caused by time inconsistency. At the same time, it can connect with more emergency equipment to realize clock synchronization.

Integrating the healthcare enterprise; Simple network time protocol; Central station; Clock synchronization source; Client/server

Department of Medical Engineering of Traditional Chinese Medicine, Beijing Hospital,Beijing 100730,China.

1672-8270(2017)11-0105-04

R-058

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.11.031