ABSTRACT Magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) has the potential to add a layer of understanding of the neurobiological mechanisms underlying brain diseases, disease progression, and treatment efficacy. Limitations related to metabolite fitting of low SNR data, signal variations due to partial volume effects, acquisition and extra-cranial lipid artefacts, along with clinically relevant aspects such as scan-time constraints, are among the factors that hinder the widespread implementation of in vivo MRSI. The aim of this work was to address these factors and to develop an acquisition, reconstruction and post-processing pipeline to derive lipid suppressed metabolite values based on Free Induction Decay (FID-MRSI) measurements made using a 7 tesla MR scanner. Anatomical images were used to perform high-resolution (1mm 3 ) partial-volume correction to account for grey matter, white matter and cerebral-spinal fluid signal contributions. Implementation of automatic quality control thresholds and normalization of metabolic maps from 23 subjects to the MNI standard atlas facilitated the creation of high-resolution average metabolite maps of several clinically relevant metabolites in central brain regions, while accounting for macromolecular distributions. Reported metabolite values include glutamate, choline, (phospo)creatine, myo-inositol, glutathione, N-acetyl aspartyl glutamate(and glutamine) and N-acetyl aspartate. MNI-registered average metabolite maps facilitate group-based analysis; thus offering the possibility to mitigate uncertainty in variable MRSI.

Motivation: DENSE can provide information about the brain pulsations that likely reflect the condition of blood vessels, which may deteriorate following treatment in pediatric brain tumors. Goal(s): The goal of this study is to perform an initial analysis of this single-shot multi-slice DENSE data in a pediatric population to study the robustness of this sequence during motion. Approach: By using a single-shot multi-slice DENSE sequence, brain motion maps were acquired from which strain maps could be derived on a voxel-wise level. Results: Even though the pediatric participants moved during the MR-acquisition, good quality strain maps were obtained with the expected patterns (as in adults). Impact: Single-shot strain tensor imaging allows evaluation of cardiac-related brain tissue strain, in a pediatric cohort of posterior fossa tumor, despite the presence of unwanted head motion. This enables investigating strain as potential new biomarker of neurovascular integrity in patients.

Motivation: Treatment monitoring in pediatric brain tumors is often challenging. Non-invasive tools are needed to assess tumor activity accurately. Goal(s): To monitor changes in phospholipid metabolism (i.e., phosphomonoesters/phosphodiesters [PME/PDE]) in pediatric low grade gliomas. Approach: Eleven pediatric brain tumor patients underwent 31P-MRSI at 7T. PME/PDE in the tumor was compared to a normal-appearing brain voxel. Clinical outcomes were assessed, and results were compared between treatment and wait-and-scan groups. Results: Tumors selected for treatment showed higher PME/PDE ratios at baseline, hinting at potential aggressiveness. These ratios decreased during treatment but remained stable in the wait-and-scan group. Impact: Treatment monitoring in pediatric brain tumors is often challenging. Using 31P-MRSI we showed that tumors selected for treatment exhibited higher PME/PDE, signifying potential tumor aggressiveness. PME/PDE levels decreased during treatment, indicating potential for non-invasive assessment of treatment effects.

Motivation: Advancing MRI sequence development by integrating parallel transmit capabilities with the open-source and widely-used Pulseq framework. Goal(s): To integrate pTx capabilities into the Pulseq framework, facilitating the design of universal pTx pulses that enhance imaging homogeneity and quality. Approach: Development of 'pTx-Pulseq' as a backwards-compatible extension, validated through single-channel control and complex sequence operation, culminating in a hybrid sequence that enhances a native MP-RAGE with Pulseq flexibility. Results: Effective control of pTx channels using pTx-Pulseq, yielding uniform imaging results and demonstrating the potential of hybrid sequencing for improved MRI applications. Impact: 'pTx-Pulseq' empowers researchers to universally and easily harness pTx technology, allowing for the creation of truly universally pTx pulses that reduce the burden of B1+ inhomogeneity and elevate the quality of high-field MRI.

Motivation: Conventional MRI vendor-specific sequence development limits research transferability and reproducibility. Harmonized frameworks, like Pulseq, overcome these limitations - but Pulseq was not supported yet on Philips MRI scanners. Goal(s): To develop a fully-compliant Pulseq interpreter for Philips MRI systems, facilitating the use of open-source sequences previously incompatible with these platforms. Approach: Custom adaptation of Pulseq for the Philips R5.4 platform, followed by validation with standard imaging sequences using a field camera and phantom/in vivo scans, and comparison with native sequences. Results: Demonstration of the first Philips-compatible Pulseq interpreter, evidenced by successful scans at 7T, marking a leap in cross-vendor research capabilities. Impact: The successful adaptation of Pulseq sequences to Philips MRI system enables researchers to deploy and disseminate advanced MRI techniques universally, fostering cross-vendor collaboration and accelerating the evolution of MRI technology.

Motivation: Intraoperative fiber tractography could help to elucidate the nature of cerebellar mutism syndrome after tumor resection in pediatric posterior fossa tumor (pPFT) patients. Goal(s): To explore the feasibility of reconstructing eloquent fiber tracts with a short intraoperative diffusion MRI scan in pPFT patients. Approach: We reconstructed tracts intraoperatively in four pPFT patients and compared their structural properties to preoperative scans obtained with the same settings. Results: It is in general possible, but challenging, to reconstruct the eloquent tracts in pre- and intraoperative data of pPFT patients. However, further optimization of the fiber tractography model is required to increase their quality. Impact: The impact of the mechanical manipulation of the surgical procedure on the eloquent pathways in pediatric posterior fossa tumor patients is investigated through the development of a reliable fiber tractography model for intraoperative diffusion MRI.

Motivation: Nuisance signal contamination and challenges associated with implementation involving advanced RF pulses and sequence hinder clinical adoption. Simplified sequence implementation and dissemination are crucial for community-driven advancement and vendor support. Goal(s): Our goal is to integrate CHEmical-shift selective Adiabatic refocusing Pulses(CHEAP) on the Philips platform via Pulseq open-source platform, creating advanced MRSI sequences that refine metabolite analysis by minimizing unwanted signals. Approach: Integrating chemically selective adiabatic 2-refocus pulses in Pulseq achieved optimal spectrum coverage, reducing interference from residual water and lipid signals. Results: Implementing the CHEAP sequence significantly mitigated interference from residual water and lipid signals, demonstrating its potential for advancing MRSI. Impact: The implementation of CHEAP sequence via Pulseq promises a standardized, shareable method, fostering collaboration and enabling precise metabolic studies. This advancement in MRS techniques may significantly improve reproducibility across sites and enhance capacity for metabolic profiling in health and disease.

Motivation: Extremely preterm neonates often show myelination delay in the brain, which is associated with long-term neurodevelopmental outcome impairments. Traditional imaging lacks myelin specificity, therefore, we implemented inhomogeneous magnetization transfer (ihMT). Goal(s): This study explores the use of ihMT at 7 Tesla for myelin assessment in extremely preterm neonates. Approach: The ihMT data was acquired from a phantom, demonstrating its specificity for myelin content. Six neonates and five adults were scanned with ihMT, and an ROI-based analysis was performed. Results: Phantom and human data confirm ihMT's potential for myelin evaluation. As expected, neonates exhibit lower ihMTR values in key brain regions compared to adults. Impact: This study is an important first step in discovering myelin development in the extremely preterm neonatal brain. Differences in myelin development across the extremely preterm population could be used to predict long-term neurodevelopmental outcome in the future.