Military Medicine International Journal of amsus raising the bar: extremity trauma care guest editors

to participate in rehabilitation regimens. Additional work is being

conducted by Dr. Tsao

’s team to determine if genetic factors influ-

ence PLP since some individuals do not develop this debilitating

condition following limb amputation, whereas others are severely

affected. Lastly, studies are being conducted to determine how many

sessions of mirror therapy are needed for pain relief and whether

existing neuropathic pain models are applicable for treating PLP.

Heterotopic Ossification

Heterotopic ossi

fication (HO) is a pathologic process characterized

by ectopic osseous growth in muscle and/or periarticular regions.

28

Although HO may develop from rare genetic disorders, abnormal

bone growth has been most frequently reported following trauma,

arthroplasty, burns, spinal cord injury, and traumatic brain injury.

28

While, most cases of HO in the general population are clinically

asymptomatic, and do not require surgical intervention, military ser-

vice members injured by blasts in Afghanistan and Iraq, have much

different prognosis.

29,30

Armaments such as improvised explosive

devices (IEDs) and rocket propelled grenades (RPGs) generate exten-

sive polytrauma, and approximately 63% of war

fighters with limb

loss have developed post-traumatic HO (with 20% to 40% requiring

surgical excision).

31,32

Symptomatic HO is problematic for service

members since it delays rehabilitation regimens, causes pain, limits

range of motion, and requires modi

fications of prosthetic limbs.

32,33

The CRSR is committed to understanding the etiology of

these ectopic osseous masses and improving surgical planning

for servicemen and women. Dr. Brad Isaacson is the lead

investigator and received two Congressionally Directed Medical

Research Programs (CDMRP) grants (W81XWH-12-2-0017 and

W81XWH-16-2-0037) and private donations from the Wounded

Warrior Amputee Softball Team to advance this

field of orthopedics/

rehabilitation. Data from his laboratory has demonstrated a link

between bench top research and bedside care, with the mineral

apposition rate (MAR), a hallmark for bone growth, computed

to be 1.7 times faster in trauma-induced HO compared to non-

pathological human bone.

29

Further, when data from this cohort

of wounded warriors was limited to patients with no more than a

two-year period from injury to excision, and known correlates

(traumatic brain injury and nonsteroidal anti-in

flammatory drugs),

the MAR and recurrence severity were signi

ficantly related.

29

Research by Dr. Isaacson and his team will now focus on devel-

oping a translatable animal model to investigate combat-related

factors which have been associated with ectopic bone growth

(tourniquets,

34

wound vacuum usage, bioburden, and trauma).

RESEARCH FOCUS AREA 3: APPLICATION

OF NEW TECHNOLOGIES TO ADVANCE

REHABILITATION AND PERFORMANCE

CRSR supports and enhances existing clinical programs at the

MTFs by facilitating the use of new technologies for rehabilita-

tion and performance optimization. A strong partnership has been

forged with the MHS, VA, and EACE to help provide infrastruc-

ture and personnel support for research projects. Efforts within this

research area are led by a team of principal investigators, including

Drs. Erik Wolf, Brad Hendershot, Alison Pruziner, Jason Wilken,

Christopher Rábago, Elizabeth Russell Esposito, and Ms.

Marilynn Wyatt. Advanced evaluation and treatment techniques

are applied to help service members regain functionality after

physical and cognitive injuries and to understand the longer-term

implications of such injuries and rehabilitation processes.

Novel rehabilitation techniques applied in multisensory virtual

reality environments (VRE) promote resilience and recovery to

improve physical and cognitive skills in wounded service members.

4

There are four high-end VRE (Computer Assisted Rehabilitation

Environment, Motekforce Link, The Netherlands) used in the MHS

to provide a safe, interactive setting for clinicians to simulate com-

munity, recreational, or occupational tasks.

Dr. Wolf led a CRSR effort to determine the most bene

ficial bio-

mechanical and physiological feedback modalities within a VRE for

delivering physical therapy to injured service members. Preliminary

results indicate that a game-style application that provides feedback

to the patient in an indirect manner produces the most positive out-

comes. In collaboration with Dr. Wolf

’s efforts, Drs. Pruziner and

Hendershot are utilizing a VRE to identify how dual tasking with

increased cognitive demand affects walking ability for people with

unilateral lower limb amputation. Previous research has shown that

performing tasks requiring divided attentional resources result in

abnormal gait mechanics. Preliminary analyses suggest individuals

with amputations may differentially prioritize cognitive and motor

processes when walking. This study has potentially important impli-

cations regarding the ability to fully participate in a person

’s natural

environment after limb loss, and also may relate to an increased risk

of falling. Additional ongoing efforts are aimed at evaluating bio-

mechanical and cognitive responses to walking in more ecologi-

cally valid VRE, as opposed to game-style environments, which

will include additional challenges to working memory, decision-

making, and navigational skills.

Optimizing performance and maximizing functional outcomes

are critical components of a rehabilitation program and are synony-

mous with returning to active duty for many wounded service mem-

bers. Drs. Wilken and Rábago implemented an assessment battery

within a militarized VRE to identify functional and cognitive de

ficits

that emerge when performing military-speci

fic tasks. This study

incorporates load carriage, variable terrain negotiation, and quick

decision-making. Physiological and biomechanical data collected

during these tasks can guide future therapies and the prescription

of prosthetic or orthotic devices for service members with lower

extremity injuries. This study is the

first step in developing a

military-relevant assessment battery with objective performance

metrics that correlate to return to duty rehabilitation goal. Follow-

up studies supported by CRSR will incorporate the knowledge

gained from the assessment study into a VRE-based, military-

speci

fic treatment intervention aimed at returning injured service

members to duty and increasing military readiness.

In addition to VRE-based rehabilitation, other studies within this

focus area seek to understand secondary musculoskeletal complica-

tions of limb loss and the in

fluences of various technologies and reha-

bilitation paradigms. As noted, LBP is especially prevalent among

persons with amputation(s), perhaps related to altered gait and move-

ment patterns. To better understand these speci

fic risk factors,

Dr. Hendershot has performed several retrospective studies using the

large biomechanical database at WRNMMC to directly quantify how

gait deviations in

fluence trunk and spine motion among service mem-

bers with lower limb loss. Notably, larger and asymmetric trunk

MILITARY MEDICINE, Vol. 181, November/December Supplement 2016

23

Advancing the Rehabilitative Care for Service Members With Complex Trauma

---