多功能監護儀時鐘同步系統的設計

孫 凱 崔雪雪*

多功能監護儀時鐘同步系統的設計

孫 凱①崔雪雪①*

目的：設計多功能床旁監護儀時鐘同步系統，應用客觀準確的技術手段實現多功能床旁監護儀時鐘自動同步。方法：選用集成醫療保健事業(IHE)中的時間集成(CT)規范里定義的簡單網絡時間協議(SNTP)，采用適合醫療機構的時鐘同步源，設計基于Windows平臺的時鐘同步系統。結果：時鐘同步系統能夠實現與原有監護系統整合連接，對醫院在用的7套中央站監護系統進行整合連接，共接入58臺多功能床旁監護儀，除手動同步方式外，衛星與互聯網同步均可使58臺床旁監護儀實現時鐘實時同步。結論：多功能床旁監護儀時鐘同步系統能夠有效實現監護系統時鐘同步，避免時鐘不一致的潛在危險。同時能夠與更多的急救設備連接實現時鐘同步。

集成醫療事業；簡單網絡時間協議；中央站；時鐘同步源；客戶機與服務器模式

多功能床旁監護儀是臨床必備的危重急救類設備，監護儀能夠24 h動態監護、自動報警并記錄檢測到的患者生命體征數據，直接為臨床提供各項生理參數，為臨床治療及搶救提供重要依據。由于監護設備臨床依賴性極強，在臨床發生病危、急救時，經常出現監護儀與醫囑電腦等儀器設備時間不一致，從而導致醫囑記錄、病情變化時間與監護儀時間存在差異，不僅影響護理與醫療記錄的準確性，同時直接影響到患者的生命救治與觀察，從而導致潛在的危險。基于此，本研究對目前全面數字化的監護設備，應用客觀準確的技術手段，實現時鐘實時自動同步，避免潛在的醫療事件出現。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選用北京醫院國家老年醫學部病房樓內7個樓層的7套中央監護系統，每套監護系統均為獨立網絡，不與醫院信息系統(hospital information system，HIS)等其他系統整合，每臺監護中央站連接8～12臺床旁監護儀，型號為PHILIPS-MP50及MP70。將監護系統中央站時鐘手動統一至北京時間，并確保中央站主機主板電池更新時間在一年以內(排除主板電池失效)。中央站時鐘改變后通過網絡同步，可將所聯監護床旁機時鐘同步。記錄每周、每月的監護中央站主機的時間變化程度，7套監護系統中央站的時間偏差情況見表1。

基于7套監護系統中央站時間的數值偏差，確定同型號的監護系統也會發生時鐘不準確，且偏差全部為減少。因此，在醫院內制定一套穩定可靠、經濟有效的標準時間同步管理系統，對臨床信息的記錄具有重要的意義。

1.2 系統設計

1.2.1 時間同步系統分析

目前，監護儀系統不同于影像設備，不具有成熟的醫學數字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)3.0標準，監護儀系統所使用的通信協議均為私有定制，在與第三方信息系統進行集成時，需要第三方系統根據私有通信協議進行解析，方能獲取監護數據。因此，遵循集成醫療保健事業(integriting the healthcare enterpise，IHE)規范[1]中的基礎設施技術(infrastructure technical，IT)框架，定義如何應用現有標準，以達到提供恰當的醫療信息共享，優化患者診療的集成目標，是整個IHE集成規范中重要的組成部分[1]。其中，時間集成(consistent time，CT)規范[2]具體定義一個事件及角色，以此來規范醫療機構網絡中的多臺電腦之間保證時間一致的工作流程。CT模式制定使用通訊系統的請求評論(request for comments，RFC)1305定義的網絡時間協議(network time protocol，NTP)[3]。該標準協議用于在客戶端和時間同步服務器之間進行時間同步。NTP使用比較復雜的算法，以達到高精度性的目的，在醫療監護系統應用中秒級的精度足夠，因此選用簡單網絡時間協議(simple network time protocol，SNTP)[3]。SNTP簡化原來的訪問控制以及服務器遷移等方面的內容，在保證時間精度的前提下，可保持與NTP具有兼容性。

1.2.2 結構與設計

多功能監護系統基于局域網網絡架構，由中央站和床旁機組成，監護床旁機能夠同步中央站的時間，即服務器和客戶端組成(如圖1所示)。

圖1 病房監護系統網絡示圖

表1 7套中央站的時間偏差情況

NTP的工作模式[4]分為3種：①主動和(或)被動對稱模式，一對一的連接，雙方均可同步對方或被對方同步，先發出申請建立連接的一方工作在主動模式下，另一方工作在被動模式下；②客戶與服務器(client/server，C/S)模式，與主動和(或)被動模式基本相同。唯一區別在于，客戶方可被服務器同步，但服務器不能被客戶同步；③廣播模式，一對多的連接，服務器不論客戶工作在何種模式下，主動發出時間信息，客戶由此信息調整自己的時間，此時網絡延時忽略，因此在準確度上有影響，但可滿足秒級應用。基于醫療設備的實際運行模式，選用第2種工作模式，即C/S模式[5]。監護系統中央站做為服務器，床旁監護做為客戶端模式。在CT的集成規范[2]中定義了時間服務器和時間客戶端2個功能角色，其功能角色和事務處理如圖2所示。

圖2 SNTP在C/S模式的工作方式示圖

1.2.3 時間同步源的選用

時間同步源由北斗衛星同步、互聯網同步和手動同步3種方式選擇，如圖3所示。

圖3 三種時鐘同步源示圖

(1)北斗衛星同步。特點為同步精度最高，但成本高，需要專門的同步服務器及天線等硬件[6]。

(2)互聯網同步。特點為控制平臺聯入互聯網，實施簡便、成本低，對于醫療設備信息系統接入互聯網后安全性降低[7-8]。

(3)手動同步。特點為依賴人工同步標準時間，無須接入互聯網或衛星同步所需硬件，降低網絡安全隱患。

2 連接監護系統的時間同步總體設計

2.1 網絡配置

將各層監護系統整合，監護系統中每臺床旁機由默認IP應改為固定IP，從原來的動態獲得改為指定IP，避免IP沖突。

2.2 硬件連接

監護系統中央站與時間同步系統連接，主機必須支持雙網卡，中央站的外網卡配置成與時間同步網絡相連[9]。衛星同步方法需將接收天線與衛星同步接收機連接，衛星與互聯網同步方法相對于監護系統，設置為外網通過防火墻連接時間同步服務器，時間同步服務器通過監護中央站外網卡連接，監護中央站系統時間同步后監護床旁機會自動與中央站的時間同步，如圖4所示。

圖4 監護網絡與時鐘同步系統拓撲結構圖

3 時鐘同步系統軟件設計

監護系統中央站為Windows XP系統，時鐘同步系統開發采用微軟的集成開發環境為Microsoft視覺工作室(visual studio，VS)[7-8]。開發環境包含時鐘同步系統的服務器端和客戶端，其流程如圖5所示。同步系統中的同步服務器與客戶端之間通訊使用.Net Framework[9]提供的SocketS進行通訊，系統實現中通過調用系統API函數[10]對系統時間進行操作，如圖6所示。

圖5 同步服務端流程框圖

圖6 客戶端流程框圖

表2 基于北斗衛星和互聯網方法的7套中央站同步后偏差

4 時鐘同步系統測試結果

(1)應用北斗衛星同步、互聯網同步和手動同步3種同步方法分別對7套監護系統進行測試，時鐘同步系統啟動前記錄的偏差值，不做時間調整，同步系統啟動后全部實現時鐘同步效果，北斗衛星和互聯網同步方法很精確的實現了監護系統同步[11-12](見表2)。

(2)該系統在手動同步方法時，因人工操作存在系統延時，導致同步監護系統后延時2 min。經過3個月的時鐘同步測試，7套監護系統所在的病房臨床醫護人員無需每周定時校隊監護時間，尤其是在搶救時極大地避免了醫囑記錄的差錯，提高了醫療質量，降低了因時鐘不同步造成的臨床風險。

5 結語

監護儀是廣泛應用于醫療機構的危重、急救類設備，使用時間同步系統能有效避免時間不一致及導致潛在的各類問題[12-13]。雖然IHE中的IT基礎架構[14]里提出了時間一致性CT的規范流程和NTP標準的選用，但尚未明確同步技術的實現方法；且本系統目前只能支持Windows系統，日后還應與呼吸機、除顫器等更多的急救設備連接實現時鐘同步，并有待進一步完善[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

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.11.031

孫凱,男,(1976- ),碩士，高級工程師。北京醫院醫學工程科，從事醫療設備管理及信息化工作。

①北京醫院醫學工程科 北京 100730

*通訊作者：cuixuexue2738@bjhmoh.cn

China Medical Equipment,2017,14(11):105-108.

2017-09-11