AION — Algebraic Interval Ontology for Clinical Networks FM-3 (german)

Das Grundlagenpaper FM-1 (Grundlagen zur wissenschaftlichen Auswertung von klinischen
Informationen, 2020) entwickelte ein formal-mathematisches Modell für die klinische Datenhaltung
und -auswertung in der Herzchirurgie, in dem Patienten, Aufenthalte, Diagnosen, Prozeduren,
Prozesse und Messwerte als Mengen, Relationen und Abbildungen auf einer gemeinsamen
Zeitachse modelliert wurden.
Das vorliegende Dokument, AION Algebraic Interval Ontology for Clinical Networks,
ist die erste Endfassung eines vollständig allgemeinen klinischen Informationsmodells, das
FM-1 als Spezialfall enthält und in allen Dimensionen verallgemeinert. AION bildet zugleich
das formale Fundament der gleichnamigen Open-Source-Software.
Die Erweiterungen umfassen ein Typsystem mit Typhierarchie und Schemainheritanz
für beliebige klinische Ereignistypen, ein universelles Ereignismodell, das alle klinischen
Sachverhalte Untersuchungen, Therapien, Prozesse, Diagnosen, Beobachtungen einheitlich
als typisierte, attributierte Zeitintervall-Ereignisse fasst, ein allgemeines Beobachtungsmodell
mit beliebigen Werteräumen (skalar, vektoriell, kategorial, ordinal, strukturiert), eine vollständige
temporale Relationenalgebra (alle 13 Allen-Relationen), ein hierarchisches Prozessmodell mit
gerichteten azyklischen Graphen (DAGs), eine mehrstuge Abstraktionsebene von Rohereignissen
über Episoden bis zu klinischen Trajektorien, eine erweiterte formale Abfragesprache mit
temporalen Quantoren und Kohortenkombination, Mehrpatienten-Relationen, ein kausales
Modell mit do-Operator und kontrafaktischen Abfragen, Kausalstrukturlernen, Schemaevolution,
FHIR-Mapping als Strukturhomomorphismus, ein formales KI-Schichtenmodell mit Erklärbarkeitsoperator,
Berechnungskomplexitätsanalyse sowie Föderierung mit Dierential-Privacy-Garantien.
Das resultierende Modell dient als analytische Referenz für beliebige klinische Domänen.
Die Implementierung erfolgt in der Software AION (Python, AGPL-3.0-only), die auf Codeberg
öffentlich verfügbar ist.

v1.1: Errata E-1–E-3 (siehe Errata-Abschnitt). E-1: ⊆-Einbettung statt striktem During im Prozess-DAG (§8); E-2: Korrektur des Kausalstrukturlern-Beispiels (§23: Kette statt "v-Struktur", Graph über τ_hlm mediiert); E-3: Datengrundlage, Likelihood-Familie und Anwendbarkeitsbedingungen für BIC/CI-Tests (§15.2/§15.4). Errata-Ausgabe zur eingefrorenen v1.0 (10.5281/zenodo.19548857).

Version 1.2 korrigiert vier Befunde einer externen mathematischen Durchsicht (Errata E-4–E-7): Vorzeichen in P(precedes), Verteilungsannahme der probabilistischen Allen-Relationen, zweiter Einheitenindikator der Kontaktdauer, Notation kontrafaktischer Abfragen. Zusätzlich: formale m-NN-Definition des Matchingoperators, Heuristik-Kennzeichnung der Shapley-Rückpropagierung, NP-Härte-Hinweis zu suffizienten Erklärungen.

Lizenz: Dieses Dokument steht unter AGPL-3.0-only. Alternativ ist eine kommerzielle Lizenzierung durch die ISCaD GmbH auf Anfrage über licensing@iscad-it.de verfügbar.

Version 1.3: Lizenz-Restfundstellen (nun durchgängig AGPL-3.0-only) und Software-URL (fm2-project/cairn → iscad/aion) korrigiert, Erratum E-8. Keine inhaltliche Änderung.