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

motions with amputation were associated with increased loading at

the lower back during walking

35

and sit-to-stand movements.

36

Although these increases were of small-moderate magnitude, repeated

exposures over time may predispose these individuals to LBP onset

and recurrence.

37

Ongoing and future research will investigate the

origins of altered trunk motion and subsequently assess methods

or devices to minimize these loads in an effort to mitigate the preva-

lence of LBP among service members with lower limb amputation.

Another secondary musculoskeletal complication of unilateral

limb loss is osteoarthritis (OA) within joints of the intact limb. Per-

sons with unilateral lower limb amputation tend to preferentially use

their intact limb during gait and movement, which leads to larger and

more prolonged forces applied to the intact knee and/or hip joints.

CRSR has funded two retrospective studies to assess gait mechanics

in individuals with transtibial and transfemoral limb loss to deter-

mine how the intact limb is loaded at various time points during the

rehabilitative process. Excessive intact limb loads (relative to con-

trols) were only present at early time points among people with trans-

tibial amputation, but persisted through late rehabilitation for

persons with transfemoral amputation.

38

Such evidence suggests an

increased risk for early onset of OA and supports the development

and assessment of interventions to correct modi

fiable gait mechanics

in this population. A prospective evaluation of knee loading has

been initiated to begin to address this gap.

In order to assist with multisite efforts aimed at sharing and com-

bining commonly used biomechanical data across the MTFs, CRSR

supported a project to evaluate the intra- and interlab reliability

of gait data obtained at WRNMMC, CFI, and NMCSD.

39

Ten par-

ticipants traveled to each site to complete three biomechanical gait

evaluations according to each laboratory

’s standard operating proce-

dures. Data were analyzed by a third party to eliminate bias. Results

indicated that these measurements were highly reliable both within

and between laboratories, with mean kinematic errors less than

5 degrees across all joints and planes of motion, and mean kinetic

errors less than 10% for all joint moments. The ability to collect

reliable biomechanical data at these three major facilities will

support future multisite studies and data sharing.

RESEARCH FOCUS AREA 4: TRANSFER OF NEW TECH-

NOLOGY TO IMPROVE INDIVIDUAL PERFORMANCE

AND FUNCTIONALITY AFTER INJURYNovel devices, includ-

ing prosthetics and orthotics, help return service members with cog-

nitive and physical trauma to independent function. Previous

research supported by CRSR and USAMRMC compared passive

energy-storing and return (ESR) prosthetic feet with a powered ankle

foot prosthesis to determine, which novel technology could provide

the highest quality of life and expedite rehabilitation regimens.

40

Results indicated that the powered device had a larger range of

motion and generated more power during the preswing phase of

gait as compared to the energy storing and return,

40

demonstrating

how powered devices may assist those with limb loss improve

their gait. Ongoing studies continue to examine the effects of

advanced prosthetic components, including microprocessor and

power knee prosthetics.

In addition to examining prosthetic components, orthotic

devices are being evaluated to determine their ef

ficacy for improv-

ing gait in injured service members with extremity trauma and

limb salvage. Recent initiatives by Drs. Wilken and Russell

Esposito systematically modi

fied several mechanical parameters of

an ankle-foot orthosis to identify optimal design and prescription

criteria for various terrains.

41,42

Because of the high incidence of upper limb loss occurring in

combat casualties, focused research has been needed to improve

prosthetics and control strategies for individuals with upper limb

amputation. CRSR partnered with the Alfred Mann Foundation

(http://aemf.org) to conduct a clinical trial through the Food and

Drug Administration (FDA) entitled,

“First-in-man demonstration of

a fully implanted myoelectric sensors system to control an advanced

electromechanical prosthetic hand.

”

43

A signi

ficant limitation to cur-

rent myoelectric devices is their dependence on surface skin sensor

electrodes to control their actuation. Unfortunately, these sensors are

often unreliable, especially when individuals perspire or when their

prosthetic socket moves in different positions. In addition, surface

electrodes are limited in that they can only detect super

ficial muscle

activity and do not provide the user with enough intuitive control.

This collaborative study demonstrated the feasibility of implanting

wireless electrodes in the forearm of service members with trans-

radial amputation to control a 3-degrees-of-freedom prosthetic hand.

Future work will include expanding the use of this technology for

individuals with transhumeral level amputations.

Expanding on the

field of upper extremity prosthetics, CRSR is

also proud of its partnership with the Defense Advanced Projects

Agency (DARPA) to evaluate the performance of the DEKA arm

(http://www.dekaresearch.com/deka_arm.shtml). This revolutionary

multiple degrees-of-freedom prosthetic arm has received FDA

approval and is the

first of its kind to help pioneer the intersection

between robotics and improving human performance for individuals

with disabilities. CRSR also works with DARPA and other aca-

demic and industry groups to utilize novel neuroprosthetics to help

restore sensory/haptic feedback for prosthetic users. Our research

portfolio is bolstered by strong partnerships with teams, such as the

Human Engineering Research Laboratories (www.herlpitt.edu),

which have helped collectively develop a specialized patient-

controlled analgesia device adapter to improve postsurgical

pain, autonomy, and independence for patients who have lost the

use of their limbs, enabling them to participate in rehabilitation.

CONCLUSIONSThe clinical research community has an obliga-

tion to address the needs of these service members and veterans

with complex orthopedic and neurological injuries stemming

from recent con

flicts. Injuries to young military service mem-

bers, particularly those caused by blasts, pose unique challenges

to rehabilitation that require research programs and consortia to

help advance science and care. CRSR is dedicated to not only

identifying gaps in the research but also to aligning resources in

a synergized fashion to de

fine and validate the most effective

rehabilitation strategies for this patient population. CRSR

engages a broad group of interdisciplinary investigators from

medicine, biology, engineering, anthropology, and physiology

and connects them directly with clinicians, patients, and families

to help solve clinically relevant problems for our service mem-

bers, veterans, and their families.

ACKNOWLEDGMENTS

This work is supported by the Department of Physical Medicine and Reha-

bilitation, Center for Rehabilitation Science Research, USU, Bethesda,

Maryland, awards HU0001-11-1-0004 and HU0001-15-2-0003.

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

24

Advancing the Rehabilitative Care for Service Members With Complex Trauma

---