Unter Radiochirurgie versteht man alle Formen der Anwendung ionisierender Strahlung zur präzisen und kompletten Devitalisierung eines definierten Gewebsvolumens im Gehirn.

Das Prinzip der Radiochirurgie kann heute mit verschiedenen Methoden realisiert werden: Zum einen durch die externe Strahlenchirurgie nach dem sogenannten Einzeldosis-Konvergenz-Prinzip ("GAMMA-KNIFE", LINAC) oder mit Teilchenbeschleunigern durch Ausnutzung des Bragg peaks. Zum anderen durch die stereotaktische Einlage von Strahlenquellen in das Gewebe (interstitielle Strahlenchirurgie, Brachy-Therapie).

Die Methode der externen Radiochirurgie, d.h. der stereotaktisch gesteuerten hochpräzisen Einzeldosis-Konvergenz-Bestrahlung, wurde 1951 von dem Stockholmer Neurochirurgen Lars Leksell eingeführt. Es wurde das sogenannte GAMMA-KNIFE entwickelt, das durch extreme Fokussierung multipler engkollimierter Kobalt 60-Strahlenquellen die präzise strahlenchirurgische

Behandlung sehr kleiner Zielvolumina mit äußerst steilem Dosisrandabfall ermöglicht. Mit der Gamma-Einheit liegen weltweit die größten klinischen Erfahrungen und die längsten Verlaufsbeobachtungen vor. Das hochspezialisierte und international standardisierte Gerät ist geeignet für sehr kleine Zielvolumina (Minimum 4 mm).

Anfang der 80er Jahre wurde die Einzeldosis-Konvergenz-Bestrahlung mit Linearbeschleunigern, die in großem Umfang in der konventionellen Strahlenchirurgie eingesetzt werden, etabliert (LINAC-Strahlenchirurgie). Die Beschleuniger müssen für die speziellen Erfordernisse der Strahlenchirurgie modifiziert werden. Um eine der Gamma-Einheit vergleichbare Genauigkeit in der Festlegung des Zielvolumens zu erzielen, ist ebenfalls das Anlegen eines stereotaktischen Rahmens und die Benutzung eines Computer-gesteuerten Bestrahlungssystems erforderlich. Das kleinste mit dem Linearbeschleuniger behandelbare Zielvolumen hat einen Durchmesser von 5 mm, der Dosisabfall entspricht dem der Gamma-Knife-Technik.

Eine Vergrößerung des Zielvolumens kann durch Aneinandersetzen mehrerer Teilvolumina sowohl mit der Gamma-Einheit als auch mit dem LINAC erreicht werden. Bei dem LINAC und der Gamma-Einheit können unterschiedliche Kollimatoren benutzt werden, die beim LINAC eine stufenlose Behandlung von Feldern zwischen 5 und 20 mm, eingeschränkt bis 50 mm, Durchmesser erlauben. Entsprechend der Tumorkonfiguration können irreguläre Volumina sowohl mit der Gamma-Einheit als auch mit dem LINAC durch Aneinandersetzen mehrerer kugeliger Volumina bestrahlt werden, jedoch unter Inkaufnahme von Dosisinhomogenitäten; die klinische Bedeutung dabei auftretender Dosisspitzen ist umstritten. Unter der Voraussetzung einer optimierten Bestrahlungsplanung ergeben sich keine Unterschiede mit beiden Methoden im Hinblick auf die Konturierung des irregulären Volumens. Die Entwicklung eines Lamellenkollimators bietet bei der LINAC-Technik eine optimale Anpassung an ein irreguläres Tumorvolumen. Die Größe des Zielvolumens muß aus strahlenbiologischen Gründen begrenzt werden: Je größer das Zielvolumen, desto höher ist die Integraldosis für Teile des normalen Hirngewebes, und dadurch steigt das Risiko von Nebenwirkungen, insbesondere das Risiko einer Strahlennekrose.