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

Walter Reed National Military Medical Center, Naval Medical Center

San Diego, James A. Haley Veterans Administration Hospital, Naval

Health Research Center, the Department of the Army, the Department of

the Navy, the Department of Defense, the Department of Veterans Affairs,

or the U.S. Government.

doi: 10.7205/MILMED-D-16-00279

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

3

individuals with severe combat-related injuries. Together, the

DoD and VA launched efforts to create these systems by

both building upon existing resources and acquiring new

capabilities in partnerships with academic institutions, veteran

service organizations, industry, and other federal agencies.

DoD Clinical Care

In 2001, the U.S. Army designated Walter Reed Army Medical

Center, now Walter Reed National Military Medical Center

(WRNMMC), as the

flagship location to provide extremity

trauma and amputee care for the U.S. military. In 2003, the

U.S. Army established the Armed Forces Amputee Patient

Care Program to provide state-of-the-art surgical and rehabil-

itative care to patients with limb loss.

3

This program lever-

aged resources and subject-matter experts across the Military

Health System to optimize patient outcomes. By 2007, the

DoD had established three state-of-the-art Advanced Reha-

bilitation Centers (ARCs) to provide clinical rehabilitative

care services and promote a return to high-level function: the

Military Advanced Training Center (MATC) at WRNMMC,

the Center for the Intrepid at San Antonio Military Medical

Center (SAMMC), and the Comprehensive Combat and

Complex Casualty Care (C5) Program at the Naval Medical

Center San Diego. These DoD ARCs continue to deliver

coordinated, patient-centered care and management through

interdisciplinary teams.

4

VA Clinical Care

The VA health care system has well-established clinical

rehabilitation programs for veterans experiencing a myriad

of disabling conditions, including spinal cord injury, neuro-

degenerative diseases, mental health conditions, stroke, brain

injury, low vision/blindness, and limb loss. While the major-

ity of all veterans with amputation experienced new limb

loss secondary to vascular disease and diabetes, the VA pro-

vides a lifelong continuum of care for patients with both

disease- and trauma-related amputation.

5

As a result of injuries

suffered during OEF/OIF/OND, there was an increase in the

number of veterans with combat-related limb loss seen by the

VA. Of those, 50% also sustained concomitant traumatic

brain, peripheral nerve, spinal cord, soft tissue, and/or psy-

chological injuries such as post-traumatic stress disorder.

6

This combination of multiple injuries resulting from the

same traumatic event was termed

“polytrauma” by the VA

for the purpose of de

fining the system of care services that

would be needed as combat operations continued.

7

Public

Law 108

–422, also known as the Veterans Health Programs

Improvement Act of 2004, charged the VA to create

“centers

for research, education, and clinical activities on complex

multi-trauma associated with combat injuries.

”

8

In 2005, the

Polytrauma System of Care (PSC) was established in con-

junction with the designation of four Polytrauma Rehabili-

tation Centers (PRCs). The PSC is an integrated network

of specialized rehabilitation programs dedicated to serving

veterans and service members with both combat- and civilian-

related traumatic brain injury and polytrauma injuries, includ-

ing limb loss.

In 2008, emulating the PSC model, the VA established

an Amputation System of Care (ASoC). The ASoC is com-

mitted to delivering a full range of amputation care and

rehabilitation services, including use of telehealth technolo-

gies, to more than 80,000 veterans who have sustained an

amputation.

9

The ASoC consists of a hub-and-spoke system

made up of 4 care components: 7 Regional Amputation

Centers (RACs), 18 Polytrauma Amputation Network Sites

(PANS), 108 Amputation Care Teams (ACTs), and Amputa-

tion Points of Contact (APoC) across the United States and

Puerto Rico.

5

DoD-VA Research Scope and Partnerships

The need for innovative surgical and rehabilitation technolo-

gies and treatment strategies increased exponentially because

of severe injuries sustained by service members throughout

recent con

flicts. In response to this demand, research pro-

grams within the DoD and VA redirected efforts toward car-

ing for the combat wounded. These programs broadened

their research scope to include traumatic brain injury, blast-

related sensory loss, amputation, polytrauma, and the devel-

opment of advanced prosthetics for combat-injured service

members. These efforts were not performed in isolation

—

multiple partnerships and collaborations across federal agen-

cies, academic institutions, and industry were created and/or

expanded to address growing clinical needs. The DoD and

VA increased collaborative efforts in many clinical research

areas and coauthored a

“guidebook” that provides sugges-

tions for identifying collaborators with common research

goals, summarizes administrative and funding mechanisms,

and identi

fies procedures for establishing collaborations.

10

DoD Research Support

One core source of research support within the DoD is

the U.S. Army Medical Research and Materiel Command

(USAMRMC) Congressionally Directed Medical Research

Programs (CDMRP), which provides Defense Medical

Research and Development Program (DMRDP) execution

management support for the six Defense Health Program

core research program areas ($452.6 million

fiscal year [FY]

2010

–2015, estimated $299.6 million FY 2016).

11

Each

major research program area is guided by a Joint Program

Committee (JPC) comprised of DoD and non-DoD medical

and military technical experts who translate guidance into

research and development needs. They also have key respon-

sibilities for making funding recommendations and provid-

ing program management support.

The EACE research efforts are most closely aligned with

Joint Program Committee-8/Clinical and Rehabilitative Medi-

cine Research Program (JPC-8/CRMRP), which seeks to

find,

evaluate, and fund cutting-edge research in reconstruction,

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

4

EACE: Overview of the Research and Surveillance Division

rehabilitation, and de

finitive care to improve outcomes,

restore function, return to duty, and improve QoL for injured

service members.

12,13

Currently, research sponsored by the

JPC-8/CRMRP ($180 million FY 2015) is focused on the

following key areas: Neuromusculoskeletal Injury Rehabilita-

tion, Pain Management, Regenerative Medicine, and Sensory

Systems Traumatic Injury.

13

JPC-8/CRMRP funding comes from Army and Defense

Health Program core dollars as well as Congressional Spe-

cial Interest (CSI) program monies that are appropriated by

Congress and executed by the CDMRP. Three CSI-af

filiated

research programs closely align with the mission of the EACE

and include the Orthotics and Prosthetics Outcomes Research

Program (OPORP) ($10 million FY 2016),

14

Peer Reviewed

Orthopaedic Research Program (PRORP) ($30 million FY

2016),

15

and Reconstructive Transplant Research Program

(RTRP) ($12 million FY 2016).

16

VA Research Support

In parallel to the DoD research programs, the VA Of

fice of

Research and Development (ORD) is an intramural, veteran-

centric research program conducted throughout the VA

health care system. For more than 90 years, ORD has had

the mission

“to discover knowledge and create innovations

that advance health care for Veterans and the Nation.

” In

support of this mission, ORD

’s Rehabilitation Research and

Development (RR&D) Service supports and integrates pre-

clinical, clinical, and applied rehabilitation research and

seeks to translate research results into practice.

RR&D program areas most relevant to the EACE mission

include regenerative medicine ($26 million FY 2015), muscu-

loskeletal/orthopedic rehabilitation ($141 million FY 2015),

and rehabilitation engineering prosthetics/orthotics ($80 million

FY 2015). Supported clinical and preclinical studies span

research domains ranging from improvements in foundational

science techniques and systems to prevention and screening,

treatment, and follow-up care. These programs within DoD

and VA are some of the past and current funding streams

for studies worked on by the EACE researchers.

THE EXTREMITY TRAUMA AND AMPUTATION

CENTER OF EXCELLENCE

Over the past decade, DoD and VA realized a need to

strengthen clinical and research ties between the two depart-

ments to reduce redundancy and maximize the impact of

collective efforts. Pursuant to these complementary efforts,

Congress directed the establishment of the EACE in 2008.

Governance is jointly provided by the Army Surgeon General

as the DoD lead component and the Director of the Rehabili-

tation and Prosthetics Service within the Veterans Health

Administration

’s (VHA) Office of Patient Care Services. At

the time of writing, 41 EACE-funded staff members (37 DoD

and 4 VA) are structured across 4 divisions of effort. These

divisions include Clinical Affairs, Clinical Informatics and

Technology, Global Outreach, and Research and Surveillance

(R&S; Fig. 1).

The Clinical Affairs Division provides many deliverables

and functions, including continuing medical education and

training, assistance with the translation of current research

findings into clinical practice through clinical practice guide-

lines,

17,18

and clinical policies for DoD and VA.

Through the Clinical Informatics and Technology Division,

the EACE is developing the Defense and Veterans Extremity

Trauma and Amputation Registry (DVEAR), an integrated health

registry to support clinical care and research. The DVEAR will

support the management of data and information reporting

throughout DoD and integrate data from VA

’s existing ampu-

tation repository. The DVEAR will capture and quantify key

demographic, socioeconomic, and polymorbid characteristics,

as well as outcomes of service members and veterans affected

by traumatic extremity injury and amputation.

The Global Outreach Division strengthens international

relationships through the DoD Secretarial Designation Pro-

gram, which authorizes provision of amputation care for

non-DoD bene

ficiaries. The EACE also serves as a resource

for coalition nations desiring to enhance their extremity

trauma and amputation care capability by providing patient

consultation and developing plans for facilities and services.

Research and Surveillance Division

The EACE R&S Division implemented a comprehensive

plan to conduct clinically relevant research, including the

hiring of clinical researchers, the establishment of collabora-

tions and partnerships, and the identi

fication of clinical

research gaps. The EACE R&S Division consists of 26 core

team members embedded at point of care within the three

ARCs; the Navy Health Research Center, San Diego; and the

James A. Haley Veterans

’ Hospital, Tampa (Fig. 2). The

EACE core and af

filiated researchers (e.g., those from aca-

demic and industrial settings) work collaboratively to identify

and answer clinically relevant questions through externally

funded research projects (Fig. 3). Together, they have been

successful in receiving support from aforementioned research

programs like CDMRP, JPC-8/CRMRP, and RR&D. In addi-

tion, the EACE core and af

filiated researchers have conducted

research projects with support from the National Institutes of

Health, the Of

fice of Naval Research, the U.S. Navy Bureau

of Medicine and Surgery, the Center for Rehabilitation Sci-

ences Research, and the Bridging Advanced Developments

for Exceptional Rehabilitation (BADER) Consortium.

The EACE R&S Division embraces an evidence-based

framework for clinical decision-making

19,20

by gathering

information from clinicians, patients, and research literature to

identify high-priority areas for investigation. An initial clinical

needs assessment conducted in 2012 by the EACE leadership

identi

fied four key research focus areas for investigations

relevant to extremity trauma and amputation: (1) Novel

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

5

EACE: Overview of the Research and Surveillance Division

Rehabilitation Interventions, (2) Advanced Prosthetic and

Orthotic Technologies, (3) Epidemiology and Surveillance,

and (4) Medical and Surgical Innovations.

Novel Rehabilitation Interventions

The EACE researchers are executing studies aimed at devel-

oping and determining the most ef

ficacious treatment inter-

ventions for optimizing an individual

’s level of function and

reintegration back to military and/or civilian communities

while mitigating comorbidities and secondary health effects.

These interventions are speci

fic to impairments, functional

limitations, activity restrictions, and assistive devices.

One such EACE-supported intervention focuses on pre-

venting falls in service members with transtibial amputations

through advanced rehabilitation training using a microprocessor-

controlled treadmill.

21

The study demonstrated a signi

ficant

improvement in stumbles and falls. After receiving the

advanced rehabilitation training, 60% of the subjects (

N = 11)

reported a decrease in stumbles and falls, and all subjects

reported that their uncontrolled falls had decreased to zero.

This reduction of stumbles and falls was maintained over the

6-month follow-up period.

The EACE researchers have also used high-end virtual reality

environments (Computer Assisted Rehabilitation ENviron-

ment, Motekforce Link) to develop task-speci

fic assessments

and treatment interventions related to participation in military

and civilian activities. Assessment applications were created

to quantify function and identify de

ficits related to walking

stability and mechanics during perturbations,

22,23

cognitive

tasks,

24

and/or

military-speci

fic tasks.

24

Investigational

treatment interventions within the virtual reality environments

include utilization of direct and indirect visual feedback

during gait, visual-vestibular habituation techniques,

24

and

military task-speci

fic rehabilitation.

The EACE researchers are collaborating with industry and

academic partners to leverage motion-tracking game technol-

ogy to extend virtual reality therapy into patients

’ homes through

interactive and entertaining game experiences. Finally, while

FIGURE 1.

EACE organization chart showing the four divisions, research sites, and supporting organizations.

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

6

EACE: Overview of the Research and Surveillance Division

many inventions focus on functional limitations and participa-

tion restrictions, new studies are looking at strategies such as

blood-

flow restriction resistance training to increase muscular

strength. Through this form of training, individuals may be

able to experience muscular strength and hypertrophic gains

at a lower resistance than conventionally employed.

25

The

EACE researchers are investigating whether lower resistance

with blood-

flow restriction should reduce the pain associated

with rehabilitation, increase patient compliance, and result in

greater strength gains at discharge. Preliminary results in the

lower extremities are promising and clinical trials for individ-

uals with upper limb injures are planned.

Advanced Prosthetic and Orthotic Technologies

Following the physical or functional loss of their limb(s),

service members and veterans are often reliant on prosthetic

and orthotic devices to return to activities of daily living,

recreation, and occupation. Throughout the recent con

flicts,

advances in technology have led to the availability of novel

devices such as improved microprocessor-controlled prosthe-

ses, active power-producing prostheses, myoelectric-controlled

prostheses, and exoskeletal orthoses. The functional demand

and complexity of these systems necessitated studies to exam-

ine the ef

ficacy of advanced prosthetic and orthotic devices,

speci

fically ease of fitting and operation, improved safety and/or

function, and optimal prescription parameters to meet speci

fic

patient needs. The EACE researchers leveraged advanced

assessment tools within the three ARCs and the James A. Haley

Veterans

’ Hospital to amass nearly a decade worth of data from

patients who use advanced prosthetic and orthotic devices.

These efforts have contributed to a global medical body

of knowledge on emerging and maturing prosthetic tech-

nologies, such as myoelectric upper-limb prostheses,

26,27

microprocessor-controlled prosthetic knees,

28

–31

powered pros-

thetic knees,

31

and powered prosthetic ankle-foot systems.

32

–34

The underlying intent of these investigations was to determine

if the technologies provide bene

fit to patient function across a

FIGURE 2.

EACE Research and Surveillance Division

’s research personnel positions at DoD and VA sites.

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

7

EACE: Overview of the Research and Surveillance Division

variety of activities including level-ground gait,

35

slope

36

–40

and stair ambulation,

28,38,41

–44

walking during destabilizing

conditions,

22,23,45

–48

transitions from standing,

31

and common

activities of daily living.

26

Since many service members

with amputation are young and

fit at the time of injury, the

EACE researchers have re-examined factors that may in

flu-

ence function later in life, such as metabolic costs

49

–52

and

stability

21,22,30,45,46,48,53,54

during gait. Previous literature

often describes older groups of dysvascular amputees. How-

ever, this cohort does not offer adequate comparisons for

young, blast-related traumatic amputees. Studies conducted

with this younger population of amputees provide reference

data and begin to establish the prevalence and predictive

factors that may lead to the onset of secondary health con-

ditions later in life, like low back pain,

55,56

cardiovascular

disease,

57

and osteoarthritis.

58

For example, factors such as

asymmetric limb loading

35

and short residual limb lengths

49

may impact long-term outcomes and the prescription of pros-

thetic devices.

New orthotic technologies also continue to emerge. The

Intrepid Dynamic Exoskeletal Orthosis (IDEO) is a carbon

fiber ankle-foot orthosis developed at the Center for the

Intrepid. It is designed to support ankle and foot structures

in a posture that minimizes pain while also storing energy

before releasing it at push off. It is prescribed to those with

functional limb loss following severe injury to muscle,

nerve, or bone.

59

Through collaborative efforts in research

and education, this orthosis is now available for service

members, veterans, and the private sector. Current and future

research efforts with the IDEO focus on determining optimal

device properties

60

–63

and evaluating patient function during

both recreational and military-speci

fic activities.

64,65

Epidemiology and Surveillance

Researchers in the Epidemiology and Surveillance research

focus area track service members and veterans with severe

limb trauma and amputation to evaluate the effectiveness of

treatment inventions and to monitor subsequent short- and

long-term health and QoL outcomes. This initiative is imper-

ative to thoroughly characterize patients and their responses

to care and also to identify predictors of optimal rehabilitation

outcomes. Descriptive characteristics, prevalence, and inci-

dence of short- and long-term secondary conditions, health

care utilization, QoL, and the resulting economic impact are

all quanti

fiable factors that EACE stakeholders may use to

guide health care policy and direct resources to facilitate opti-

mal outcomes. While providing a continuously evolving view

of the extremity trauma and amputation population, research

in the Epidemiology and Surveillance research focus area

informs, supports, and uni

fies efforts throughout the R&S

Division lines of research.

The need for comprehensive outcome measures that can

assess high-level mobility and agility has encouraged collab-