乳腺癌是危害妇女身心健康的高发病率、高死亡率的肿瘤疾病,其早期检测是降低死亡率的重要途径。然而,钼钯X线影像技术、计算机断层摄影术(CT)、核磁共振成像(MRI)和超声成像等乳腺癌常规检测技术均存在一些不足,限制了早期普查的开展。微波成像(MWI)技术是一种应用广泛的无损检测技术。微波频段下,正常乳房组织和恶性肿瘤组织的电参数存在明显差异,为该技术检测乳腺肿瘤提供了可能。它有望提供一种低成本、低风险和易普查的常规或辅助检测手段。目前,三种主要的微波成像技术—微波断层成像(MTI)、微波共焦成像(CMI)和微波热声成像(TAI)—均已被应用于乳腺癌检测的研究中,并已取得了可喜的进展。本文采用时域方法,针对这三个主要的微波成像技术领域,进行了较为系统的理论研究,取得的研究成果主要包括:1)研究了微波信号在乳房中的传播特性;2)借助单极Debye模型,描述了乳房结构中各组织电参数的频率相关性;3)为了有效提取肿瘤目标信息和检测早期乳腺肿瘤,分别提出了几种精度高、成像快的一维(1-D)、二维(2-D)和三维(3-D)微波成像算法;4)采用了一阶吉洪诺夫(Tikhonov)正则化方案以对抗成像问题的病态特性和噪声的影响;5)基于时域有限差分(FDTD)法,进行了一些数值实验,优化了可调参数。仿真算例的一系列数值结果证实:1)提出的微波成像算法是鲁棒的;2)超宽带(UWB)微波成像和微波热声成像兼具对比度高和分辨率高特点;3)利用微波成像技术检测早期乳腺肿瘤是可行的。本文的理论研究为医学诊断提供了依据,也为临床应用研究奠定了基础。