Graphviz 用于人体解剖结构及其功能关系

Question

我是一名一年级医学生，我想使用 Graphviz 创建一个易于解释的人体解剖结构及其功能关系图。特别是，我想创建一个图表，其中包含大约 50 条肌肉、50 条神经、50 条动脉、80 条骨骼和骨突，肌肉在骨突上的近端和远端附着点，哪些神经支配哪些肌肉，哪些动脉灌注哪些肌肉等。阿尔。

对于表示所有这些结构及其所有关系的综合图像(我知道这将非常复杂)，我认为图形可能是表示这些结构及其功能关系的最佳方式，而 Graphviz 似乎是制作的好软件这样的图，但是有不同类型的边来连接结构。例如，严格根据大体结构的宏观观察，似乎腋神经源自臂丛神经(BP)的后索，其中包含来自 BP 上、中、下干的纤维，以及这三个干包含来自每个前支的神经纤维，起源于脊神经 C5、C6、C7、C8 和 T1。然而，尽管有物理外观，但腋神经的电连接性实际上包含起源于仅 C5 和 C6 脊神经前支的神经纤维(见图，我应该在这里解释一下，所有脊神经的所有神经纤维都是实际大体解剖结构中的颜色相同，因此请尝试想象没有颜色的图像，以了解物理连接与电气连接(如颜色所示)。因此，为了准确表示腋神经及其衍生的所有上游神经纤维的物理连通性和电连通性，我至少需要两种不同类型的边:“物理”边和“电”边.我认为 Graphviz 可以做那种事情，但我是使用 Graphviz 的新手并且不确定实现它的最佳方法(尽管这不是我在这里的主要问题)。



我还需要找到一种表示关系的方法，例如上面描述的关系，其中神经纤维在到达这些结构下游的命名神经的途中穿过多个结构。例如，在上图中，颜色用于显示一组连续的神经纤维，这些神经纤维起源于 C6(蓝色)并缠绕到以下所有结构:“锁骨下神经”、“上躯干”、“外侧索” ”、“正中神经”、“胸外侧神经”、“腋神经”和“桡神经”。

我试图用 Graphviz 表示其中的一些内容，如下图所示。



我使用如下的 DOT 语言代码行创建的(这是一个不完整的代码片段；不是我用来创建该图像的整个 DOT 文件):

snc05 -- bput -- bplc -- mn[color="#ffde17",penwidth=3];
snc06 -- bput -- bplc -- mn[color="#0056e0",penwidth=3];
snc07 -- bpmt -- bplc -- mn[color="#ff6f00",penwidth=3];
snc08 -- bplt -- bpmc -- mn[color="#be1e2d",penwidth=3];
snt01 -- bplt -- bpmc -- mn[color="#00a651",penwidth=3];

snc05 -- bput -- bppc -- rn[color="#ffde17",penwidth=3];
snc06 -- bput -- bppc -- rn[color="#0056e0",penwidth=3];
snc07 -- bpmt -- bppc -- rn[color="#ff6f00",penwidth=3];
snc08 -- bplt -- bppc -- rn[color="#be1e2d",penwidth=3];
snt01 -- bplt -- bppc -- rn[color="#00a651",penwidth=3];

但这种表示的主要问题是 C6 和臂丛神经上干之间有多个蓝色边缘，C5 和臂丛神经上干之间有多个黄色边缘，C7 和臂丛神经中干之间有多个橙色边缘臂丛中干与臂丛侧索之间有多条橙色边缘。

我知道为什么有多个与上段相同颜色的边缘。我在 DOT 文件中明确创建了它们。为了使逻辑正确(我最终可能会用 python 或其他东西解析这个 DOT 文件)，我确实希望 DOT 文件包含相同颜色的多个边。但我不想 见 渲染图像中相同颜色的多个边缘。

所以我的主要问题是:如何让 Graphviz 抑制 C6 和上(上)树干之间的 5 个蓝色边缘的渲染，并将它们渲染为 1 个蓝色边缘？

第二个问题是:如何强制 Graphviz 渲染不同颜色的边，以使它们彼此不重叠，以便每个不同颜色的边在整个范围内(从原始节点到相邻节点)保持不同？最好的例子是上图中的问题，可以在连接上(上)躯干和后脊髓的两个(蓝色和黄色)边缘中看到。虽然蓝色和黄色边缘在两个节点附近很明显，但在它们的跨度中间，它们完全重叠，很难看出那里有两条边；蓝色几乎完全遮住了黄色。我想找到一种通用方法来强制 Graphviz 使蓝色和黄色边缘根本不相互重叠(我不想必须目视检查图像并纠正 DOT 文件，而是找到某种方法告诉 Graphviz 根本不允许边重叠，除非它们是相同的颜色)。

之前的 Graphviz 图像开始显示为什么这个问题对我很重要，但现在已经研究了更长时间，下图显示得更好。事情变得如此困惑以至于难以解释。



@Simon 感谢您解释(在下面的评论中)关于 GNU head . head在 OS X 上表现不同，所以我使用了你的 sed脚本，这消除了我的第一个问题。但是，我认为您的 removeDupEdge脚本可能会导致我的 .gv 出现其他问题文件。

为了演示，我将从您的示例开始 multiEdge.gv文件。做一些细微的改变，我有:

graph {
    node [style=filled];
    a [label="a1",fillcolor=green]
    b [label="b1",fillcolor=purple]
    c [label="c1"]
    d [label="d1"]
    e [label="e1"]

    a -- b -- c[color = blue];
    a -- b -- c -- d[color = red];
    a -- c;
    a -- b -- c -- d -- e[color = blue];
}

您的 removeDupEdge脚本似乎无法很好地处理上面的两个特征行:

$ ./removeDupEdge <multiEdge.gv 
graph {
    node [label="\N",
        label=a1];
        label=b1];
        style=filled
    ];
    a    [fillcolor=green,
    a -- b   [color=blue];
    a -- b   [color=red];
    a -- c;
    b    [fillcolor=purple,
    b -- c   [color=blue];
    b -- c   [color=red];
    c    [label=c1];
    c -- d   [color=blue];
    c -- d   [color=red];
    d    [label=d1];
    d -- e   [color=blue];
    e    [label=e1];
}

我认为这不再是有效的 DOT 语言代码。您的 removeDupEdge脚本对我来说看起来很有希望，但我不确定如何为我上面展示的示例修复它。我的 .gv文件超过700行，我也使用了 DOT language documentation中允许的C++风格的注释。 .我不确定评论是否会给您的 removeDupEdge 带来问题脚本也是。

Answer 1

(经过大量编辑以使该过程对多属性节点和边具有鲁棒性)

关于第一个问题，GraphViz, grouping the same edges显示使用 strict关键字停止graphviz从显示节点之间的多条边。但是，这并不能让它为两个节点之间的每种颜色显示一条边。据我所知，最好的方法是处理 graphviz文件，然后显示它。

例如，给定 multiEdge.gv :

graph {
    node [style=filled];
    a [label="a1",fillcolor=green]
    b [label="b1",fillcolor=purple]
    c [label="c1"]
    d [label="d1"]
    e [label="e1"]

    a -- b -- c[color = blue];
    a -- b -- c -- d[color = red];
    a -- c;
    a -- b -- c -- d -- e[color = blue];
}

...看起来像这样:



...我们可以用以下 removeDupEdge 处理它脚本:

#!/bin/sh
neato -Tcanon | perl -p -e 's/,\n/,/' >tmp.tmp
head -3 tmp.tmp >header.tmp
tail -1 tmp.tmp >tail.tmp
tail -n +4 tmp.tmp | sed -n '$ !p' | sort | uniq | cat header.tmp - tail.tmp

...首先以规范形式生成脚本版本，其中每条边仅在两个节点之间。不幸的是，规范形式还将多属性节点和元素属性列表放在以逗号结尾的多行上，因此脚本的下一部分使用 perl重新加入所有以逗号结尾的行(感谢 How can you combine all lines that end with a backslash character? 的回答)。然后，脚本将规范形式的顶部三行和底部行分别保存为页眉和页脚，然后将除页眉和页脚之外的所有行进行排序，仅保留唯一的行，然后将页眉和页脚连接回形成法律 xdot文件。结果如下:

$ removeDupEdge <multiEdge.gv
graph {
        node [label="\N",               style=filled
        ];
        a -- b   [color=blue];
        a -- b   [color=red];
        a -- c;
        a        [fillcolor=green,              label=a1];
        b -- c   [color=blue];
        b -- c   [color=red];
        b        [fillcolor=purple,             label=b1];
        c -- d   [color=blue];
        c -- d   [color=red];
        c        [label=c1];
        d -- e   [color=blue];
        d        [label=d1];
        e        [label=e1];
}

然后我们可以显示它:

$ removeDupEdge <multiEdge.gv | neato -Tpng -omultiEdge.png

... 要得到:



...只显示每个相同边的一个副本。

通过插入 sed 's/ */ /g' 可以使脚本更健壮一些之前 sort ，因为这会从 xdot 中删除不重要的空格排序和比较行之前的文件。但是，它也会从(比如)节点标签中删除多个空格，这可能是不可取的。

关于原评论 xdot源，这不会导致问题，因为它们已被规范化过程删除。