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Die Therapie richtet sich nach der Art des Tumors, der Grösse und der Lokalisation. Gutartige Hirntumoren (Meningeome oder Neurinome) können chirurgisch entfernt werden, was meist einer Heilung entspricht. Bösartige Tumoren und vor allem Tumoren, welche nahe an lebenswichtigen Zentren liegen, haben eine schlechte Prognose. Die radikale Entfernung eines Tumors ist prognostisch die sicherste Lösung. Dies gelingt aber nur bei gut zugänglicher Lage und kleinem Tumorvolumen. Die Tumorentfernung kann chirurgisch durch Schädeleröffnung oder mit Hilfe einer Strahlentherapie erfolgen. Hier ist der Einsatz der sogenannten stereotaktischen Bestrahlung besonders erwähnenswert. So erreicht man zum Beispiel mit dem Gamma-Knife oder dem Cyberknife ohne die Durchtrennung des Schädelknochens eine totale Tumorzerstörung unter weitgehender Schonung des Umgebungsgewebes. Bedingung der stereotaktischen Bestrahlung ist aber, dass weniger als 4 Tumoren von einer maximalen Grösse von je 3 cm vorliegen. Bei operativen Eingriffen besteht die Schwierigkeit darin, Tumorgewebe während der Operation von gesundem Gewebe zu unterscheiden. Moderne Techniken ermöglichen aber inzwischen eine minimale Schädigung des tumorumgebenden gesunden Gewebes (Färbetechniken, computergestützte Operationen, Operationen am wachen Patienten).
Auch wenn der Tumor vollständig entfernt werden konnte, empfiehlt sich wegen der hohen Wahrscheinlichkeit des Vorliegens von (nicht sichtbaren) Mikro-Metastasen eine Nachbehandlung. Einerseits kann diese mit einer (partiellen oder Ganzhirn-) Bestrahlung erfolgen, anderseits kann der Erfolg durch eine Chemotherapie unterstützt werden. Oftmals kommen auch kombinierte Verfahren zur Anwendung. Dies ist auch bei grossen oder inoperablen Tumoren der Fall. Hirntumoren sprechen zum Teil gut auf Bestrahlung an. Dabei kann entweder von aussen durch die Haut bestrahlt werden, oder eine kleine Strahlungsquelle wird chirurgisch in den Tumor eingebracht und zerstört die Geschwulst von innen. Zusätzlich kann in vielen Fällen eine supportive Therapie (z.B. Hirndrucksenkung mit Kortison und Epilepsieprophylaxe) zur Linderung der Symptome hilfreich sein.